Агрофизические свойства, гидрологический режим и диагностика черноземовидных почв севера Тамбовской низменности

Степанцова, Людмила Валентиновна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Агрофизические свойства, гидрологический режим и диагностика черноземовидных почв севера Тамбовской низменности
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Агрофизические свойства, гидрологический режим и диагностика черноземовидных почв севера Тамбовской низменности"

На правах рукописи

005««'4

Степанцова Людмила Валентиновна

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ДИАГНОСТИКА ЧЕРНОЗЕМОВИДНЫХ ПОЧВ СЕВЕРА ТАМБОВСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность - 06.01.03 - агрофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

1 гтт

Москва-2012

005007478

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и на кафедре агрохимии и почвоведения агрономического факультета Мичуринского государственного аграрного университета.

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Феликс Рувимович Зайдельман

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Глазунов Геннадий Павлович

доктор биологических наук, профессор Кирюшин Валерий Иванович

доктор сельскохозяйственных наук Скворцова Елена Борисовна

Ведущее учреждение: Ставропольский государственный аграрный университет

Защита диссертации состоится « 28 » февраля 2012. г. в 15 ч. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного Совета Д 501.002.13 при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им. Ломоносова, корпус 1, стр. 12, факультет почвоведения, тел/факс +7(495)9392947

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического и почвенного факультетов МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «_ /£у » дек^ря гон г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.002.13

доктор биологических наук, профессор Г.М. Зенова

Актуальность темы. Несмотря на широкое распространение, гидроморфные почвы черноземного ряда в настоящее время остаются одними из слабоизученных почв Европейской России, В последние десятилетия появился ряд работ, посвященных увеличению площадей заболоченных участков в лесостепной и степной зонах и ухудшению свойств черноземов под влиянием этого явления (Калиниченко и др., 1997; Хитров, Назаренко, 2000; Воробьева и др., 2002 и др.). В Тамбовской области проблема переувлажнения освещена в печати (Зайдельман и др., 2002, 2007,2008), но из-за отсутствия рекомендаций по их мелиорации и использованию, эти почвы выводятся из севооборотов и зарастают гигрофильной растительностью.

В литературе отсутствуют сведения об особенностях агрофизических свойств и водного режима гидроморфных почв черноземного ряда северной лесостепи и продуктивности сельскохозяйственных культур на этих почвах в годы различной обеспеченности осадков. Крайне ограничены сведения об их макроструктуре, и, в частности, конкреционных новообразованиях и их диагностическом значении. Не исследовано влияние поверхностного и грунтового увлажнения на физические и химические свойства, фракционный состав фосфора и динамику его соединений.

В диссертации представлены новые сведения о морфологии, генезисе, свойствах переувлажненных черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины, урожайности сельскохозяйственных культур в годы различной влажности, рассмотрены вопросы диагностики, предложены количественные критерии оценки их агроэкологического состояния.

Цель исследований: Изучить агрофизические свойства, исследовать особенности основных элементов гидрологического режима черноземовидных почв севера Тамбовской равнины, обосновать рациональное использование этих почв в естественном состоянии, разработать систему их морфологической и аналитической диагностики, количественно оценить степень их переувлажнения, заболачивания и целесообразность применения мелиорации.

Задачи исследований:

1. Изучить влияние поверхностного и грунтового заболачивания на агрофизические свойства морфологические и химические особенности черноземовидных почв севера Тамбовской равнины;

2. Изучить основные элементы водного режима чернозема выщелоченного и черноземовидных почв различной степени гидроморфизма и оподзоленности при поверхностном и грунтовом переувлажнении и заболачивании в многолетнем цикле, оценить урожайность районированных культур в годы различной обеспеченности осадков;

3. Обосновать рекомендации по рациональному использованию этих почв в естественном состоянии у оценить целесообразность их мелиорации в годы различной влажности;

4. Исследовать влияние поверхностного и грунтового заболачивания на дифференциацию. профиля, содержание различных форм железа и состав органического вещества черноземовидных почв;

5. Раскрыть влияние поверхностного и грунтового заболачивания на фракционный состав соединений фосфора, распределение фракций по профилю и динамику содержания его подвижных форм в черноземовидных почвах;

6. Изучить морфологические особенности и химический состав карбонатных и железо-марганцевых конкреций черноземовидных почв, оценить их диагностическое значение;

7. Разработать систему диагностики черноземовидных почв поверхностного и грунтового заболачивания севера Тамбовской равнины по макроморфологическим и мезоморфологическим (увеличение в 2-50 раз) особенностям в агроэкологических, агрономических и мелиоративных целях. Разработать количественный показатель степени заболоченности черноземовидных почв, сравнить его с критерием Швертманна и коэффициентом заболоченности почв по методу Зайдельмана и Оглезнева.

Научная новизна исследований. Впервые для северной лесостепи рассмотрены в многолетнем цикле агрофизические особенности, водный режим и продуктивность обрабатываемых черноземов и черноземовидных почв поверхностного и грунтового заболачивания при их различном с.-х. использовании. Получены новые данные о морфологических. химических и физических особенностях черноземовидных оглеенных почв. Установлено влияние оглеения при поверхностном и грунтовом увлажнении на дифференциацию их профиля, содержание различных форм соединений железа и качественный состав органического вещества.

Изучены макро- и мезоморфологические особенности и химический состав карбонатных и железо-марганцевых конкреций. Выявлено их диагностическое значение для оценки гидрологического режима и агроэкологического состояния чернозема выщелоченного и черноземовидных почв.

Для выявления причин резкого дефицита фосфора в переувлажненных черноземовидных почвах был изучен фракционный состав и динамика содержания подвижных соединений фосфора в годы разной влажности на черноземе выщелоченном и черноземовидных почвах лесостепи. Выявлено влияние водного режима, состава обменных оснований, качественного состава органического вещества и активности железа на фракционный состав фосфора, динамику его подвижных соединений, способность накапливаться в Ре-Мп конкрециях.

Практическая значимость работы.

1. Предложены системы мероприятий по рациональному сельскохозяйственному использованию черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения в естественном состоянии и обоснована целесообразность применения мелиоративных мероприятий на основе оценки их эколого-экономического состояния.

2. На основе морфологических и эколого-гидрологических многолетних исследовании чернозема выщелоченного и черноземовидных почв разной степени оглеения севера Тамбовской низменности рекомендована для использования в почвенно-картографической, агрономической и мелиоративной практике новая методика их количественной полевой диагностики. Предложен новый количественный показатель -

критерий переувлажнения черноземовидных почв (КыО по соотношению оптических плотностей различных вытяжек из гумусовых горизонтов. Разработаны его градации для черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания.

3. Показана необходимость дробного внесения фосфорных удобрений на черноземовидных оподзоленных и черноземовидных подзолистых глееватых почвах.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова и кафедре агрохимии и почвоведения МичГАУ (Мичуринского государственного аграрного университета), на научных и научно-практических конференциях в Мичуринском государственном аграрном университете (2004, 2007, 2009), в Воронежском государственном университете (2001, 2004, 2007), в Пензенской государственной сельскохозяйственной академии (2001, 2004, 2005, 2006), в МГУ им. М.В. Ломоносова (2002, 2003, 2006), в Санкт-Петербургском государственном университете (2007, 2008), на конференции по проблемам переувлажнения черноземов юга России в Почвенном институте им. В.В. Докучаева (2009), в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (2005, 2010), на IV и V съездах Докучаевского общества почвоведов (2004, 2008). Предложенная система полевой диагностики и количественный критерий переувлажнения черноземовидных почв были апробированы при почвенном обследовании 1000га пашни для закладки интенсивного сада в Первомайском районе Тамбовской области.

Автор сердечно благодарит своих учителей профессора Ф.Р. Зайдельмана и профессора A.C. Никифорову за ценные советы и помощь в работе, зав. кафедрой профессора Е.В. Шеина и всех сотрудников кафедры физики и мелиорации почв МГУ им. М.В. Ломоносова за поддержку и замечания. Особую признательность автор выражает старшим преподавателям С.Б. Сафронову и В.Н. Красину за помощь в полевых и лабораторных исследованиях.

Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 81 печатной работе, в том числе 17 в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, предложений производству и выводов общим объемом 394 страниц печатного текста, содержит 73 таблицы, 74 рисунка и 15 приложений. Список литературы включает 698 источников, из них 85 на иностранном языке

Защищаемые научные положения

1. Широко распространенные, наряду с черноземом выщелоченным, черноземо-видные почвы поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания определяют агроэкологические особенности сельскохозяйственных территорий северной лесостепи Тамбовской равнины.

2. Черноземовидные почвы поверхностного увлажнения и заболачивания отличаются от окружающих их черноземов повышенной плотностью и ухудшенным структурным состоянием, пониженной межагрегатной пористостью и размерами внутриаг-

регатных пор, сильно пониженной водопроницаемостью. Черноземовидные почвы заболоченные грунтовыми гидрокарбонатно-кальциевыми водами сохраняют оптимальные для растений значения плотности, высокую межагрегатную и внутриагрегатную пористость и высокие коэффициенты фильтрации.

3. Основной отличительной особенностью водного режима черноземовидных почв поверхностного увлажнения и заболачивания является формирование в их профиле в средние и влажные по зимним осадкам годы верховодки, которая отсутствует в профиле окружающих их черноземов выщелоченных вне зависимости от влажности года. В условиях кратковременного застоя влаги и падения ОВП образуются черноземовидные почвы со светлыми кислыми элювиальными горизонтами. В их профиле появляются новообразования, связанные с оглеением. которых нет в черноземе выщелоченном - марганцевые вкрапления, кутаны, «скелетаны», Мп-Ре ортштейны. Урожайность зерновых, особенно яровых культур, на этих почвах существенно ниже, чем на черноземах и зависит от обеспеченности зимних осадков.

4. На низких надпойменных террасах в условиях постоянного капиллярного увлажнения гидрокарбонатно-кальциевыми грунтовыми водами и глубокого весеннего падения ОВП формируются черноземовидные почвы, в профиле которых отсутствуют морфологически выраженные признаки оподзоливания. В их профиле проявляется ог-деение и имеет место окарбоначивание нижней части профиля. От черноземовидных почв водораздела они отличаются одновременным присутствием Мп-Ре и карбонатных конкреций. Оптимальные для растений агрофизические свойства и гидрологический режим позволяют получать высокие урожаи озимых зерновых и многолетних трав.

5. Заболоченные атмосферными водами черноземовидные почвы в отличии от выщелоченного чернозема характеризуются элювиальной дифференциацией профиля по илу и полуторным окислам, кислой реакцией, бедностью подвижными формами фосфора. При грунтовом заболачивании дифференциация профиля черноземовидных почв по илу и полуторным окислам выражена слабо.

6. Поверхностное и грунтовое заболачивание почв черноземного ряда изменяет по сравнению с черноземом выщелоченным соотношение фракций органического и минерального фосфора и его подвижность. В черноземовидных оподзоленных почвах доля фосфатов кальция уменьшается, фосфаты железа в условиях свободного оттока частично вымываются из почвенного профиля, частично сорбируются органическим веществом. В условиях замкнугых депрессий фосфаты железа концентрируются в мелкоземе и ортштейнах. При грунтовом заболачивании доля органического фосфора уменьшается, среди минеральных фосфатов резко преобладают фосфаты кальция. Только в период застоя влаги (более 1 месяца) фосфаты железа приобретают подвижность.

7. Морфологические и химические особенности конкреций отражают особенности гидрологического режима черноземовидных почв. При небольшом дополнительном поверхностном увлажнении наблюдается дифференциация на ядро и оболочку карбонатных конкреций, при грунтовом - верхняя граница появления этих новообра-

зований фиксирует наиболее часто встречающийся уровень грунтовых вод. Ортштей-ны указывают на контрастный застойно-промывной водный режим, они формируются только в почвах замкнутых депрессий. Агроэкологическое состояние черноземовид-ных почв можно оцепить по отношению Fe/Mn, извлекаемых In серной кислотой (коэффициент заболоченности по Зайдельману и Оглезневу). «Органический» фосфор в конкрециях накапливается только при поверхностном заболачивании. Высокое содержание «активного» минерального фосфора и «аморфного» железа наблюдается в почвах с современным застойно-промывным водным режимом. В реликтовых новообразованиях преобладают «прочносвязанный» фосфор и «окристаллизованное» железо.

8. Заболачивание поверхностными и грунтовыми водами ведет к качественному изменению состава органического вещества черноземовидных почв. На основе зависимости состава органического вещества от степени гидроморфизма и продуктивности сельскохозяйственных культур в годы различной обеспеченности осадков был предложен новый количественный критерий диагностики агроэкологического состояния почв.

1. Состояние проблемы. В последние десятилетия XX века проблема роста площадей переувлажненных почв в черноземной зоне привлекла внимание ученых. В лесостепной и степной зонах глобальное изменение климата сопровождается увеличением среднегодового количества осадков (Николаева и др., 2001). Среди антропогенных причин можно выделить переуплотнение почвы, нарушение естественного стока дорожными насыпями и сокращение площадей под многолетними травами. Многочисленные работы последних лет наглядно свидетельствуют о крайне негативном влиянии переувлажнения на свойства черноземов, быстрой деградации их в мочары под влиянием этого опасного явления (Ачканов и др., 1997, 1999; Зайдельман и др., 1992, 1993, 1998, Луковская, 1979; Минкин и др., 1982; Полупан и др., 1983; Сувак, 1986).

Было высказано предложение считать переувлажненные почвы черноземной зоны специфическим типом деградированных черноземов (Черниченко, 1996). С.А. Николаева и A.M. Еремина (2005) указывают, что при изменении ОВ обстановки черноземные почвы переходят в качественно новое состояние, утрачивают характерные для них свойства, приобретают новые, что, несомненно, требует выделения переувлажненных почв на типовом уровне.

2.0бъекты исследований. Нами исследованы почвы трех катен, сочетание гидрологических и геоморфологических условий которых наиболее типично для рассматриваемой территории (рис.1). Первая и вторая катены на водоразделе рек Иловай и Лесной Воронеж находятся на землепользовании учхоза «Комсомолец» Мичуринского района Тамбовской области. Первая катена расположена в пределах открытой депрессии. Почвенный покров образован черноземом выщелоченным (фон) почвенного покрова; черноземовидной оподзоленной слабооглееенной (средняя часть склона) и черноземовидной оподзоленной глееватой (дно лощины) почвами. Вторая катена приурочена к замкнутой западине диаметром 100м. Исследуемый ряд образуют почвы: черноземовидная выщелоченная (верхняя часть склона), чсрноземовидная оподзолен-

ная (середина склона) и черноземовидная подзолистая глееватая (дно западины). Поч-вообразуюшая порода - покровный желто-бурый карбонатный суглинок. Дополнительное увлажнение обусловлено намывными склоновыми пресными водами с минерализацией менее 0,2г/л.

Б 4

Ал All 3

А1 А1 An

А1А2 _ A1

AB А2В rt-o+ + О*

81 Big,

В2С„ л л В2 о + в2зш Оо + ♦

С„ во« сф с„„ V

AB В1

В2С,

То

An Ь' -

А1 о

А1А2 о

А2В +

о+о

В2 А

с„» ♦

An А1 bv Оф 0

04. о 0+ф0

о о +♦

B2fl„ ♦ V

С„„ QL

В 7 8

Ал 0 0° An о

А1 О А1 О

АВ„ O-f-ф АВтад/, О" ,4

B«.gl t* 9 0 8W фо . • +•

Сеа, gl » ® о ♦ Сса. дIII ♦ о О*

AV ♦ ■+" + ♦

ABgm 0+ +

+o+o

B^fs. gii B2o». fs

<>+♦

О ♦

^QIII, ca ♦ О

Условные обозначения

® - карбонатные конкреции <> " ГУМУС0В°- ыяпгянирвп жрпрчиг-тыр глинистые кутаны О - марганцево-железистые

- миграционные формы . конкреции (ортштейны) карбонатов - пятна ожелезнения

1 - марганцевые

О - карбонатная пропитка <ф> - пятна оглеения ~ вкрапления и натеки

Рисунок 1. Схема профилем через I (А). II (Б) и III (В) катены. Почвы: 1- чернозем выщелоченный; 2- черноземовидная оподзоленная слабооглеенная; 3-черноземовидная оподзолениая глееватая; 4-черноземовидная выщелоченная; 5- черноземовидная оподзоленная глубокооглеенная; 6- черноземовидная подзолистая глееватая; 7- черноземовидная слабооглеенная; 8- черноземовидная глееватая; 9- черноземовидная глеевая.

Третья катена приурочена к первой надпойменной террасе реки Лесной Воронеж на территории землепользования учхоза «Роща» Мичуринского района Тамбовской области. Исследуемый ряд почв представлен: черноземовидной слабооглеенной на выровненном участке, черноземовидной глееватой на склоне и черноземовидной глеевой на дне западины. Почвообразующая порода - легкоглинистые карбонатные аллювиальные наносы. Увлажнение обусловлено жесткими гидрокарбонатно-кальциевыми грунтовыми водами с минерализацией 1.4-1,8 г/л и нейтральной реакцией. Ф.Р. Зай-дельман (2007) впервые предложил согласно субстантивно-генетическим принципам «Классификации почв России» (2004) называть почвы Европейской части России, несущие одновременно яркие черты черноземов и признаки оглеения «черноземовид-ными». Это название мы используем в данной работе.

3. Методы исследований. Работа выполнена на базе кафедры агрохимии и почвоведения МичГАУ, Испытательной лаборатории (№ РОСС КИООО 1.21 ПЛ91) и кафедры физики и мелиорации почв МГУ им. М.В. Ломоносова с 1998 по 2009гг.

При выполнении исследований использовали следующие методы: 1. гранулометрический состав почвы - по Долгову и Личмановой; 2. плотность твердой фазы - пик-нометрически; 3. плотность почвы - цилиндрами объемом 300 и 100см3; 4. агрегатный анализ - по Саввинову; 5. внутриагрегатная пористость - парафинированием; 6. межагрегатная - расчетом; 7. гигроскопическая влажность - термостатно-весовым; 8. максимальная гигроскопическая влажность и наименьшая влагоемкость - по Николаеву; 9.влажность устойчивого завядания - методом вегетационных миниатюр; 10. изучение режима влажности - термостатно-весовым методом, пробы на влажность отбирали подекадно с интервалом 10см на глубину 1м или до уровня воды; 11. определение ОВП выполняли на приборе «Экотест-2000» в те же сроки, что и определение полевой влажности; 12. коэффициент фильтрации - при залегании грунтовых вод более 2,5м-методом заливки площадок по Качинскому; 13. менее 2,5м - по скорости установления воды в скважине по Донату-Эркину; 14. валовое содержание элементов - сплавлением почвы с карбонатом натрия и последующим определением элементов аналитическими методами: фосфор, железо, марганец, титан - фотометрически; окись кремния - гравиметрическим желатиновым методом; алюминий, кальций, магний и сера - комплек-сонометрически; сумму Ка20 и К20 - расчетным способом; 15. фракционный состав гумуса - по Тюрину в модификации Пономаревой-Плотниковой; 16. актуальную и обменную кислотность - потенциометрически, 17. гидролитическую - по Каппену, 18. обменные основания вытесняли МН4С1; 19. «аморфное» железо - по Тамму, 20. суммарное «несиликатное» железо - по Меру-Джексону, 21. «органическое» железо - по Баскомбу; 22. минеральный «активный» фракционный фосфор - по Гинзбург-Лебедевой, 23. «органический» фосфор и «прочносвязанные» фракции минерального фосфора - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази и Гинзбург; 24.обменный калий и подвижный фосфор - по Чирикову; 25. щелочногидролизуемый азот - по Корн-филду в модификации ЦИНАО; 26. динамику содержания подвижных форм фосфора -по Чирикову и Ониани; 27; динамику содержания подвижного железа - по Казарино-вой-Окиной в модификации Коптевой; 28. эколого-экономический расчет целесообразности осушения - по Зайдельману. Все определения проводились в 6-кратной - для гумусовых и в 4-кратной повторное™ для остальных генетических горизонтов.

29. Ортштейны отбирали из воздушно-сухих образцов почвы массой 1 кг и отмывали на сите 0,5 мм; для анализа валового состава ортштейнов разложение проводили смесью серной и хлорной кислот с последующим определением элементов аналитическими методами; 30. железо и марганец в ортштейнах определяли - по Тамму и Меру-Джексону; 31. коэффициент заболоченности - по Зайдельману и Оглезневу; 32. минеральный «активный» фракционный фосфор - по Гинзбург-Лебедевой, 33. «органический» фосфор и глубокие фракции минерального фосфора - по Чангу-Джексону в модификации Аскинази и Гинзбург. Валовое определение содержания химических эле-

ментов и фракционный состав фосфора проводили в 4-кратной повторное™, остальные определения в ортштейпах - в 8-кратной. Статистическая обработка проводилась по Б.А. Доспехову (1979). На рисунках представлены средние значения. Различия средних значений достоверны на уровне 95%.

4. Физические свойства.

4.1. Гранулометрический состав. Почвы водораздела сформировались на тяжелом покровном суглинке иловато-крупнопылеватом. Гранулометрический состав чер-ноземовидных оподзоленных почв открытой лощины по сравнению с черноземом выщелоченным более тяжелый. Максимальное содержание ила - в уплотненных пахотных горизонтах и нижних - оглеенных. Черноземовидные подзолистые почвы западин отличаются от окружающих их черноземов резкой дифференциацией профиля (рис.2). Верхние горизонты средний суглинок, а нижние - тяжелый. Резкое уменьшение илистой фракции обусловлено оглеением в условиях застойно-промывного водного режима. Дифференциация профиля черноземовидных почв грунтового увлажнения и заболачивания связана с исходной литологической неоднородностью аллювия и глееобра-зованием. Длительный застой влаги ведет к увеличению содержания ила в глееватых и глеевых горизонтах этих почв.

-Выщелоченный чернозем

- Черноземовидная оподзоленная слабооглеенная

- Черноземовидная оподзоленная глееватая

- Черноземовидная выи^елоченная

-Черноземовидная оподзоленная глубокооглеенная -Черноземовидная подзолистая глееватая

- Черноземовидная слабооглеенная

-Черноземовидная глееватая

- Черноземовидная глеевая

Рисунок 2. Распределение илистой фракции по профилю чернозема выщелоченного

и черноземовидных почв 4.2. Плотность, плотность твердой фазы, пористость, водопроницаемость.

Чернозем выщелоченный и черноземовидная выщелоченная почва характеризуются благоприятными для сельскохозяйственных растений физическими свойствами: высокой общей порозностыо всего профиля, низкой плотностью, высокой пористостью аэрации, широким диапазоном активной влаги. Межагрегатная порозность более 20%. Внутриагрегатиый тип порового пространства ажурно-сетчатый (по Скворцовой, 2004) и представлен в основном мезопорами. что обеспечивает высокую водопроницаемость

Таблица 1. Агрофизические свойства чернозема выщелоченного и черноземовидных почв севера Тамбовской равнины поверхностного

и грунтового увлажнения и заболачивания

Характеристика почвы Разрез, почва

1. Чернозем выщелоченный Почвы поверхностного заболачивания с свободным ОТТОКОМ Почвы поверхностного увлажнения и заболачивания с затрудненным оттоком Почвы грунтового увлажнения и заболачивания

2. Чернозе-мовидная опод-золенная слабо-оглеенная 3. Черноземо-видная оподзо-ленная глеева-тая 4. Черноземо-видная выщелоченная 5. Черноземо-видная опод-золснная глу-бокооглеенная 6. Черноземо-видная подзолистая глеева-тая 7. Чернозе-мовидная слабо-оглеенная 8. Черно-земовидная глееватая 9. Чернозе-мовидная глеевая

Застой влаги Отсутствует 3-6 недель 2-3 месяца 1-2 недели 2-4 недели 1,5-2 месяца 5-6 недель 2 месяца 3-4 месяца

Плотность горизонта А1 1,04 ±0,04 1,12 ±0,03 1,20 ±0,02 1,04+0,04 1,33+0,07 1,48 + 0,05 0,99+0,04 0,88+0,05 0,71+0,06

Плотность горизонта В 1,23+0,05 1,33+0,07 1,42+0,05 1,28+0,08 1,62+0,15 1,64+0,03 1,42+0,10 1,44+0,09 1.31+0,04

Межагрегатная пористость горизонта А1, % 25 ±3 16 ± 3 !7±3 22 ±4 9 ± 1 4 ± 2 21 ± 4 32 ± 4 39 ± 5

Внутриагрегат-ная пористость горизонта А1,% 32 ±4 34 ±4 34 ±3 36 ±4 30 ± 4 38 ±4 36± 5 30 ±4 27 ±4

Внутриагрегатные мезопоры (А!), % 20-30 5-10 0-5 20-30 10-20 10-15 25-35 20-30 20-25

Внутриагрегатные микропоры (А1),% 5-10 20-30 20-30 5-10 10-15 15-30 5-10 5-10 5-10

Пористость горизонта В, % 53,2 50,0 47,0 51,3 39,3 37,6 45,2 45,7 49,2

Пористость аэрации при влажности ППВ, % 28,2 21,7 19,8 30,6 12,0 8,6 22,0 21,4 17,9

К,|, горизонта А), м/сут 2,64 ± 0,85 1,97 ±0,34 0,16 ±0,05 2,28 ± 0,65 2,5 ± 0,6 0,8 ± 0,3 4,43 ± 0,46 5,68±0,54 8,16±1,70

Кф горизонта В, м/сут 0,85 ±0,16 0,43 ±0,13 0,03 ±0,01 1,01±0,20 0,10 ±0,05 0,02 ±0,01 1,45 ±0,90 1,35±0,15 0,8 ±0,3

Кстр 10,6 7,3 4,6 10,9 1,4 0,9 2,6 5,3 3,8

Сумма водопрочных агрегатов 69 49 44 66 58 49 81 73 70

верхних и нижних горизонтов почвы (табл.1). Значительно увеличивают водопроницаемость нижних горизонтов характерные для этих почв гумусовые языки, проникающие на глубину более 2,5м. Они могут иметь как биогенное («кротовины»), так физическое происхождение (за счет усадки образуются глубокие клиновидные трещины, заполненные гумусированным материалом).

Свойства более гидроморфных почв водораздела резко ухудшается. В черноземо-видных оподзоленных и подзолистых оглеенных и глееватых почвах при сохранении высокой внутриагрегатной пористости из-за уплотнения существенно снижается межагрегатная. Максимальное уменьшение внутриагрегатной порозности характерно для пахотного слоя. Внутри уплотненных призматических агрегатов пахотного горизонта мезопоры отсутствуют, ажурно-сетчатый тип порового пространства сменяется на решетчато-линейный. Оглеение и уплотнение нижних горизонтов ведет к уменьшению общей пористости и пористости аэрации. Это способствует резкому снижению коэффициента фильтрации по сравнению с черноземом выщелоченным и черноземовидной выщелоченной почвой. Нижние горизонты этих почв становятся водоупорными. Резкое уменьшение водопроницаемости в целом ведет к изменению водного режима чер-ноземовидных почв депрессий водоразделов и определяет длительный застой влаги в их профиле.

В отличие от черноземовидных почв поверхностного увлажнения в черноземо-видных почвах грунтового увлажнения агрофизические свойства гумусовых горизонтов благоприятные для сельскохозяйственных культур. Межагрегатная порозность с нарастанием степени гидроморфизма возрастает, так как возрастают размеры зернистых агрегатов. Среди внутриагрегатных пор преобладают мезопоры. Это определяет высокие коэффициенты фильтрации (табл.1). Застой влаги в поверхностных горизонтах обусловлен смыканием капиллярной каймы с поверхностными водами.

4.3. Структура. Структурное состояние черноземовидных почв открытой депрессии значительно хуже, чем у чернозема выщелоченного: уменьшается коэффициент струю-урности и количество зернистых водопрочных агрегатов. Эти изменения охватывают всю гумусовую толщу. Основной причиной является вынос карбонатов и снижение в составе органического вещества гуматов кальция. В условиях замкнутой депрессии деградация структуры идет значительно дальше. В результате концентрации полуторных окислов в ортштейнах, разрушаются почти все почвенные коллоиды, агрегаты уграчивают водопрочность. Структурное состояние всех черноземовидных почв грунтового увлажнения и заболачивания характеризуется значительным количеством водопрочных зернистых агрегатов размером 1-5мм (табл.1).

5. Водный режим и продуктивность сельскохозяйственных культур. Основные элементы водного режима изучались с 1998 по 2007гг, количество и обеспеченность осадков приведены в таблице 2.

Водный режим выщелоченного чернозема характеризуется тем, что в его профиле вне зависимости от влажности года никогда не формируется верховодка, и весь вегетационный период господствуют окислительные условия. Летом происходит иссуше-

ние поверхностных горизонтов до влажности равной ВЗ-ВРК. Глубокое просыхание до влажности равной ВЗ наблюдалось только в 1998 и в 2007 годах (рис.3). В условиях севера Тамбовской низменности на этих почвах получают стабильные урожаи зерновых до 45-55ц/га, и только резкий дефицит влаги в 2007году привел к снижению урожайности озимой пшеницы до 39 ц/га (рис.6, табл.3).

Таблица 2. Распределение осадков в годы наблюдений.

Годы исследований Зимний период Летний пе1 эиод

Сумма осадков, мм Обеспеченность осадков, , % Характеристика года Сумма осадков, мм Обеспеченность осадков,% Характеристика года

1998 281 47 Средний 318 51 Средний

1999 327 13 Очень влажный 358 33 Влажный

2000 267 57 Умеренно сухой 457 6 Очень влажный

2003 165 98 Очень сухой 387 21 Очень влажный

2004 211 74 Сухой 301 67 Сухой

2005 296 24 Влажный 315 57 Средний

2006 279 40 Средний 381 26 Очень влажный

2007 304 17 Очень влажный 377 31 Влажный

Образование «верховодки» в черноземовидных почвах водораздела связано исключительно с осадками зимнего периода года, даже при обильных летних дождях верховодка не образуется, если она не сформировалась в весенний период. Окислительно-восстановительный режим характеризуется кратковременным весенним падением потенциала (0 - +100шУ). Максимальное падение ОВП (до +50 тУ) наблюдается при засушливой теплой весне в годы с большим количеством зимних осадков. При обильных весенних осадках, продолжительность застоя верховодки увеличивается, но ОВП возрастает.

В верхнем метре профиля черноземовидной выщелоченной почвы во влажные по зимним осадкам годы 1-2 недели застаивается верховодка. Из пяти лет наблюдений она была зафиксирована в 2005 и 2006гг (рис.4). В сухие по зимним осадкам годы черноземовидная выщелоченная почва просыхает позже, чем чернозем выщелоченный, поэтому урожайность зерновых возрастает на 20-30% (табл.3).

Продолжительность внутрипочвенного застоя влаги в почвах открытой депрессий зависит от обработки и размеров области питания. По уплотненной поверхности посевов озимых или многолетних трав большая часть влаги холодного периода года расходуется на поверхностный сток. По зяблевой обработке или парующей пашне большая часть влаги переводится из поверхностного стока во внутрипочвенный, и внутрипоч-венный застой влаги может продолжаться до середины лета. В черноземовидной оподзоленной слабооглеенной почве открытой депрессии из пяти лет наблюдений верховодка не наблюдалась в сухом 2000 году и после малоснежной зимы 2006-2007года (рис.3). Но даже в годы отсутствия верховодки, неблагоприятные агрофизические свойства определяют снижение урожайности на 40-50% по сравнению с черноземом выщелоченным. В черноземовидной оподзоленной глееватой почве верховодка фор-

мируется ежегодно вне зависимости от влажности года (рис.3). В 1999 и 2006гг с обильными летними осадками она наблюдается в верхнем метре профиля до середины августа. В годы с низким уровнем верховодки урожайность зерновых на 50-80% ниже, чем на выщелоченном черноземе, а в годы с высоким - они вымокают полностью (рис. 6, табл.3).

В замкнутых «блюдцах» продолжительность периода застоя влаги зависит от размеров области питания. Внутрипочвенный застой влаги сопровождается поверхностным затоплением. Для гумусовых горизонтов черноземовидных почв замкнутых западин характерен контрастный застойно-промывной водный режим, а для нижних - застойный. Агротехническими приемами регулировать водный режим почв таких понижений невозможно.

В черноземовидной оподзоленной почве верховодка в первом метре профиля отсутствовала только в очень сухом 2003 году. В 2004 с низкой, в 2006 и 2007 годах со средней обеспеченностью зимних осадков верховодка существовала до середины мая, во влажном 2005 году - до конца июня (рис.4). Урожайность зерновых культур на данной почве существенно ниже, чем на черноземе выщелоченном (табл.3, рис. 6). Особенно низка урожайность ячменя, во влажные и средние по зимним осадкам годы он вымокает. И только в очень сухом 2003г. его урожай был выше 40 ц/га. В черноземовидной подзолистой глееватой почве центра западины в 2004 - сухом и 2005 - влажном годах наблюдалось поверхностное затопление до конца апреля. Верховодка наблюдается ежегодно. Длительный застой влаги вызвал в 2004, 2005 и 2006 гг. вымокание всех зерновых культур. Клевер сходный в годы наблюдений давал невысокий, но стабильный урожай. После 4х-летнего его возделывания увеличилось число водопрочных агрегатов и содержание органического вещества в слое 0-20см.

Водный режим черноземовидных почв надпойменной террасы обусловлен близким уровнем грунтовых вод. которые играют роль водоупора. препятствующего нисходящей фильтрации поверхностных вод. Постоянное влияние капиллярной каймы способствует тому, что влажность гумусовых горизонтов почвы опускается до значений ППВ только во время продолжительных засух, в результате для почв грунтового заболачивания характерно глубокое весенние падение ОВП до +50- (-150mV), и медленное его поднятие после снижения влажности до ППВ (рис.5). Зяблевая вспашка черноземовидной слабооглеенной почвы ведет к медленному ее освобождению от избыточной влаги. Весенние полевые работы задерживаются настолько, что вовлечение почвы в обработку во второй половине лета становится нецелесообразным (20042005гг.). В условиях уплотненной пашни большая часть влаги тратится на поверхностный сток, и в почве к середине мая устанавливаются окислительные условия (20062007гг). Озимые зерновые дают высокий урожай (2003г). В 2004 и 2005 гг. поле целиком выпало из севооборота. Однолетние травы (2006-2007гг) дали стабильный урожай.

Eh, мВ

о ui M w ы

о ui о !Л о

Температура, °С

Менее 83 ВЗ - В PK

Условные обозначения к рисункам 3-5 1

Е2

; -ВРК-ППВ

! -ппв-пв

-ф-

- Чернозем выщелоченный

- Грунтовые воды или верховодка '■■■ ■[ - черноземовидная

еЕЕЕ

- Черноземовидная подзолистая глееватая

- Черноземовидная оподзоленная слаброглеенная

3 р — Bfr — j - Черноземовидная оподзоленная слабослйтая глееватая

• ~| - Черноземовццная оподзоленная 8 :

9р -О -

- Черноземовидная слабооглееннзя

j - Черноземовцдная глееватая

- Черноземовидная

гпеевая

Озимая пшеница

....................иц, ..............

1ень сухой сухой (2000, средний влажный очень (2003) 2004) (1998,2006) (2005,2007) влажный

(1999)

I кате на

й(а rt

щ №

0,з и мая пшеница

И Q2 оз-

Яровой ячмень Нетиосева из-за переувлажнения

Вико-Овес

очень сухой сухой (2000, средний влажный очень (2003) 2004) (1998,2006) (2005,2001) влажный

(1999)

III кате на

очень сухой сухой (2000, средний влажный очень (2003) 2004) (1998,2006) (2005,2007) влажный

(1999)

II кате на

Рисунок 6. Урожайнрсть с.х. культур годы различной влажности по зимним осадкам. Почвы: 1- чернозем выщелоченный: 2- черноземовидная оподзоленная слабооглееннзя; 3- черноземовидная оподзоленная глееватая;

4- черноземовидная выщелоченная;

5-черноземовидная оподзоленная глу-бокооглеенная; 6-черноземовидная подзолистая глееватая; 7- черноземовидная слабооглеенная; 8- черноземовидная глееватая; 9- черноземовидная

глеевая.

■

0- нет посева из-за переувлажнения В- вымочка

Таблица 3. Длительность застоя влаги в верхнем 1-м слое и относительная урожайность (в % от урожайности на черноземе выщелоченном) зерновых культур в годы различной влажности но зимним осадкам (по сравнению с продуктивностью с.-х. культур на выщелоченном черноземе)___________

Годы исследований, их характеристика Длительность застоя влаги в 1м слоя и возделываемые культуры Разрез, почва

1. Чернозем выщелоченный Поверхностное заболачивание со свободным оттоком Поверхностное увлажнение и заболачивания с затрудненным оттоком Почвы грунтового увлажнения и заболачивания

2.Черноземов иди.зя оподзоленная слабооглеен-на я З.Черноземо-видная оподзоленная глеева-тая 4.Чернозе-мовидная выщелоченная 5.Чернозе-мовидная оподзоленная глубокоогле-енная б.Чернозе-мовидная подзолистая глесватяя 7.Чернозсмо видная сла-бооглеенкая 8-Чернозе мовидная глееватая 9. Черноземов идная глеевая

Очень сухой, 2003 Период застоя влаги в 1м Нет Нет До середины апреля Нет Нет Нет До конца апреля До конца мая До начала августа

Оз. пшеница 100 72 69 97 72 33 116 23 Вымочка

Яр. Ячмень 100 55 10 121 94 Нет даных Нет данных

Сухой 2000, 2004 Период застоя влаги в 1м Нет Нет До конца апреля Нет До середины мая До середины июня До конца июня До августа До середины сентября

Оз.пшеница 100 79 50 100 67 Вымочка 11ег посева Нет возможности посева

Яр. Ячмень 100 43 10 100 52 Нет посева

Средний, 1998, 2006 Период застоя влаги в 1м Нет До середины мая До начала июля Нет До конца июня До конца июня До конца мая До конца июня До конца июня

Оз.пшеница 100 89 52 142 Вымочка Вымочка Нет данных

Яр. Ячмень 100 125 18 123 109 Нет посева Нет данных

Влажный, 2005, 2007 Период застоя влаги в 1 м нет До конца мая До начала августа До конца апреля До начала июля До середины июля До конца июня До конца июля До сентября

Оз.пшеница 100 110 Вымочка 117 Вымочка Вымочка Нет посева Нет возможности посева

Яр. Ячмень 100 53 Her посева 51 6 Нет посева

Очень влажный, 1999 Период застоя влаги в 1м нет До середины июня До середины августа До середины мая До середины июля До середины августа Нет данных

Оз:пшеница 100 93 Вымочка Нет данных

Яр, Ячмень 100 Нет посева Нет посева

Рисунок 7. Окупаемость дренажа на черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины: Л-Поверхностного увлажнения и заболачивания; Б - Грунтового увлажнения и заболачивания при четырехпольном полевом севообороте: 1- занятой пар (Вико-овес); 2- озимая пшеница; 3-яровой ячмень; 4- кукуруза на силос. Способы мелиорации: 1- Выборочный закрытый пластмассовый дренаж (металло-пластиковые перфорированные трубы) + известкование; II - Выборочный открытый дренаж + известкование III - Выборочный закрытый пластмассовый дренаж (металлопласти-ковые перфорированные трубы); IV - Систематический открытый дренаж

Независимо от влажности года черноземовидная глееватая и черноземовидная глеевая почвы грунтового увлажнения испытывают поверхностное затопление, что исключает возможность обработки и посева в весенний период каких-либо сельскохозяйственных культур (рис.5,6; табл.3).

Эколого-экономический расчет по методу Зайдельмана показал нецелесообразность осушения черноземовидных выщелоченных почв без признаков оглеения, так как на них независимо от влажности года всегда получают такой же или более высокий урожай зерновых, что и на автоморфных почвах (табл.3, рис. 7). На черноземовидных оподзоленных глубокооглеенных и слабооглееных почвах поверхностного увлажнения наблюдается снижение урожайности этих культур во влажные по зимним осадкам на 30-50%. На них экономически целесообразен только открытый дренаж (окупаемость через 6-7лет), в то время как окупаемость закрытого дренажа составляет до 17-30лет (рис.7). На черноземовидных оподзоленных глеевых урожайность зерновых за исключением очень сухих лет ниже, чем на автоморфной почве. Поэтому окупаемость дренажа высокая. Дренаж необходимо проводить на фоне известкования, так как черноземовидные почвы заболоченные поверхностными водами отличаются от окружающих черноземов повышенностыо кислотностью. Черноземовидные почвы грунто-

вого увлажнения характеризуются благоприятными агрофизическими и химическими свойствами, поэтому они нуждаются только в дренаже. На черноземовидных глеева-тых и глеевых почвах быстро окупается открытый и закрытый дренаж, а на черноземовидных слабооглеенных - только открытый систематический дренаж,

6. Диагностика степени пироморфизма по морфологическим признакам, новообразованиям н химическим особенностям

6.1. Макро- и мезоморфологнческие особенности

Особенности водного режима определяют макро- и мезоморфологнческие особенности почв, что позволяет создать систему их полевой диагностики (табл. 4-5) Чернозем выщелоченный и черноземовидные почвы, образовавшиеся в результате дернового процесса под лугово-степной растительностью, характеризуются гумусовым горизонтом темно-серого цвета зернистой структуры (табл.4). Небольшое дополнительное поверхностное увлажнение способствует увеличению в черноземовидных выщелоченных и черноземовидных оподзоленных слабооглеенных почвах мощности гумусового горизонта, по сравнению с черноземом выщелоченным. В более гидро-морфных черноземовидных оподзоленных и подзолистых глееватых почвах она сокращается. Черноземовидные почвы грунтового заболачивания характеризуются укороченным гумусовым профилем из-за близкого уровня грунтовых вод.

Заболачивание поверхностными водами способствует вымыванию карбонатов. В почвах водораздела вскипание наблюдается только в черноземе выщелоченном и чер-ноземовидной выщелоченной почве. Заболачивание грунтовыми водами напротив ведет к окарбоначиванию нижней части профиля черноземовидных почв надпойменной террасы.

Основные макро- и мезоморфологнческие отличия черноземовидных почв от чернозема выщелоченного определяются периодическим застоем влаги в их профиле. В условиях севера Тамбовской равнины оподзоливание проявляется только в том случае, если 3-х метровая верхняя толща полностью отмыта от карбонатов. Таким условиям удовлетворяют черноземовидные почвы депрессий водоразделов. В черноземовидных почвах надпойменной террасы грунтового заболачивания признаки оподзоливания отсутствуют. Признаки оподзоливания более ярко проявляется в условиях замкнутых депрессий. При одинаковой продолжительности застоя влаги в профиле черноземо-видной оподзоленной глееватой почвы открытой депрессии присутствуют только обильные «скелетаны», а в черноземовидной подзолистой глееватой почве замкнутой депрессии формируется самостоятельный подзолистый горизонт мощностью 15-20см. На мезоморфологическом уровне можно оценить, степень оподзоленности по площади поверхности педов оподзоленных горизонтов покрытой кварцевым мелкоземом. В черноземе выщелоченном и черноземовидной выщелоченной почве она составляет 12%. В черноземовидных слабооподзоленных почвах - 5-10% , в среднеоподзоленных -20-50%, в сильнооподзоленных - 80-100%.

Таблица 4. Диагностические макроморфологические признаки выщелоченного чернозема и черноземовидных почв

Морфологические признаки Разрез, почва

1. Чернозем выщелоченный Поверхностное заболачивание со свободным оттоком Поверхностное увлажнение и заболачивание с затрудненным оттоком Грунтовое увлажнение и заболачивание

2.Чернозе-мовидная оподзо-ленная слабоогле-енная З.Чернозе-мовидная оподзолен-ная глеева-тая 4. Черноземов идная выщелоченная 5-Чернозе-мовидная оподзолен-ная глубо-кооглеен-ная б.Чернозе-мовидная подзолистая глее-ватая 7. Чернозе мовидная слабо-оглеен-ная 8.Черно-земо-видная глеева-тая 9.Чернозе-мовидная глеевая

/ 2 1 4 6 7 я 9 10

Относительная урожайность озимых / яровых, % 100 100 70-90 10-50 0-70 0-20 100-120 70-120 0-70 0-70 0-30 0 50-120 0-100 0-20 0 0 0

Цвети мощность горизонта А1+АВ 65 ±5 темно-серый 75 ±4 темно-серый 48 ±3 черный 90 ± 9 темно-серый 68 ±7 темно-серый 30 ±5 серый до белесого 51 ± 7 темно-серый 45 ±5 темно-серый 38 ±4 буровато-черный

Характер структуры горизонта А1 Комковато-зернистая Комкова- то-призма-тическая Призматическая Мелкозернистая Пылевато-зернистая Пылеватая Комко-вато-зерни-стая Сред-незер-нисгая Крупнозернистая

Глубина вскипания 145 ± 15 Не вскипает Не вскипает 115±10 Не вскипает Не вскипает 120± 7 90 ±4 70 ±7

Признаки оподзоли-вания Нет Горизонт А2В 5-10см Горизонт А2В 15-30см Нет Горизонт А2В 15-30см Горизонт А2 15-30см Нет Нет Нет

Морфо-хроматиче-ские признаки ог-леения Нет Со 150см сизовато-серые кутаны Со140см светло-сизые пятна до 40% площади Нет На 170-200см сизоватые пятна занимают до 20% На 140см сизые пятна 20-30% н 40-60% в Сизые пятна до 20% в горизонте ЛВ£у Сизые пятна до 50% в горизонте АВ^, Фронтальное оглеение профиля, горизонт в

Продолжение таблицы 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Карбонатные конкреции С глубины 150см однородные стяжения 3-7см Нет Нет Со 150см двухслойные журавчи-ки 3-5см Нет Нет Со 120см угловатые конкреции 3-5см С 90см угловатые конкреции 1-5 см Нет

Миграционные формы карбонатных новообразований С глубины 120см выпоты, налеты, «плесень» Нет Нет С 90см выпоты, налеты, со 150см -корочки Нет Нет Натеки, карбонатная пропитка со 150см Рыхлые вкрапления и пропитка Пропитка

Железо-марганцевые конкреции Нет Нет Мелкие 1-2мм черные стяжения в горизонте Big/ И Нет В А1 мелкие 1-2мм буровато- черные ортштейны В AI и А2 до 10% бурые орт-штейны 5мм В А1черн ые орт-штейны 1-3 мм В АВс/ бурые «бобо-вины» до Змм В Ш^,// бурые «бобови-11Ы» до 5мм

Цвет и интенсивность кутан Нет Светло-бурые ог-леенные глинистые до 20% площади Ярко-бурые блестящие глинистые в горизонте вг^до 50% площади Тонкие блестящие бурые в горизонте В1, до 10-15% площади Темно-серые плотные 80-100% плошали поверхности В 1 и 50-60% в В2е, Сизовато-серые до 80-100% площади в Blg„n 40-50% в В2е„, Гумусовые темно-серые потеки Нет Нет

Марганцевые вкрапления Нет На 80-90СМ многослойные натеки черного цвета 5-6мм На 70см многочисленные вкраиления 2-4мм Мелкие редкие 1-2мм в горизонте В1 Многочисленные вкрапления в В1 и В2 и Многочисленные вкранле-ния в Big// и В2а,„ Мелкие вкрапления в горизонте ВЦ/ Мелкие вкрапления в Мелкие вкрапления в Big,

Пятна оже-лезнения Нет Нет Со 150см редкие пятна на гранях структурных от-дельностей Нет Нет В горизонтах А1 и А2 пятна буроватого цвета Ржавая окантовка Мп вкраплений В горизонте А1 и В1 бурые пятна Бурые пятна по всему профилю, ожелез-неннын горизонт

Таблица 5. Мезоморфологические особенности выщелоченного чернозема и черноземовидных почв поверхностного и грунтового

Структура Разрез, почва

новообра- 1.Выщело- Поверхностное забо- Поверхностное увлажнение и за- Грунтовое увлажнение и забола-

зовании и ченный лачивание со свобод- болачивание с затрудненным от- чивание

поверхно- чернозем ным оттоком током

сти педов 2.Чернозе- 3 Чернозем 4. Чернозем 5.Чернозе- б.Чернозе 7. Чернозе- 8.Черно- 9. Чернозем

под увели- мовидная о-видная о-видная мовидная мовидная мовидная земо- о-видная

чением оподзо- оподзолен- выщело- оподзолен- подзоли- слабоогле- видная глеевая

ленная ная глеева- ченная ная глубо- стая глее- енная глеева-

слабоог- тая кооглееннш ватая тая

леенная

1 2 3 4 5 в 7 8 9 10

Поверх- Рыхлая, ме- Плотная Плотная Рыхлая ме- Рыхлая, Плотная. Рыхлая, Рыхлая Рыхлая,

ность педов горизонта зопор более 60% мезопор - 10-20% без мезопор с Fe зопор более 60% мезопор 20-30% Мезопор 10-20% мезопор более мезопор мезопор 70%, с Fe

Ап вкраплениями 60% 70% вкраплениями

Карбонатные новообразования

Поверх- Рыхлая, тон- Нет Нет С кавер- Нет Нет В Bg/ мел- Рыхлая, Нет

ность кон- копористая, нами и копори- порис-

креций светлая, волокнистая вкраплениями зерен кварца стая, в Сса плотная, без пор, мелкозернистая тая с вкраплениями кварца

Скол кон- Пористый, Нет Нет Более тем- Нет Нет Плотный Плот- Нет

креций рыхлый, светлая, волокнистый ный плотный, аморфный мелкозернистый, Мп и Fe вкраплениями ный, без пор, с Ре вкраплениями

Миграци- Налеты - Нет Нет Налеты - нет нет Мицелий - Тонкие Нег

онные фор- волокни- волокни- призмати- аморф-

мы (налеты, выпоты, мицелий) стые, «плесень» -игольчатые кристаллы стые, «плесень»-игольчатые кристаллы ческие кристаллы и натечные скопления ные натечные образования

' 1 2 13 1 4 . ^ \ Г, \ 7 \ в \ 9 \ Ю

Железистые и марганцовистые новообразования

Характер оболочки ортштейнов Нет Нет Пятнистая, плотная, слоистая Темно-бурая, плотная с мелкими кавернами Серовато-бурая, пористая Пятнистая, плотная, без пор Бурая, рыхлая, пористая Светло-бурая, очень рыхлая, с крупными порами

Характер ядра ортштейнов Марганцовистый, матово-черный, зернистый Ядро плохо выражено Ядро не отделяется от оболочки, черное или бурое Марганцовистое, черное, матовое или блестящая Марганцовистое плотное, матовое Рыхлое неоднородное темно-бурое, зернистое

«Скепетаны»

Характер поверхность педов в горизонте АВ или А2В Редкие кварцевые зерна равномерно распределены по поверхности педа Локальные скопления зерен кварца 10-20% В В1 зерна кварца размером мелкого песка 40-60% Кварцевые зерна равномерно разбросаны но поверхности Разнозерни-стые отмытые от железа зерна кварца со-стаааяют 50-60% Отмытые от железа зерна кварца выполняют 90-100% Редкие кварцевые зерна равномерно разбросаны но поверхности

Глинистые и гумусовые кутаны педов иллювиального горизонта

Площадь проективного покрытия, % Нет 5-10 50-70 3-4 80-100 80-100 Нет Нет Нет

Плотность, цвет и структура Нет Прозрачная тонкая бурая пленка Прозрачная, | Прозрач-плотная ная тонкая блестящая | аморфная пленка I пленка Плотные, полупрозрачные, серовато-бурые Плотные полупрозрачные, серовато-сизые Нет Нет Нет

Глесвые пятна

Площадь распространения Нет 5-15%, только на поверхности педов до 70-80% только на поверхности педов Нет 5-15% мелкозема возле корневых ходов и на поверхности г,слов 15-50% мелкозема возле корневых ходов и на поверхности пепле 10-30% мелкозема 30-60% мелкозема 80-100% мелкозема

В черноземовидной подзолистой глееватой почве агрегаты горизонта А2,-3 не только с поверхности, но и внутри выполнены кварцевыми зернами (табл.5).

Морфохроматические признаки оглеения в черноземовидных оподзоленных ог-лееных почвах водораздела проявляются только в нижних горизонтах на поверхности педов. В черноземовидных оподзоленной и подзолистой глееватых почвах частично огдеен и сам мелкозем. Постоянный застой влаги и глубокие восстановительные условия в черноземовидных почвах грунтового увлажнения определяют интенсивное проявление морфохроматические признаков оглеения, вплоть до формирования самостоятельного глеевого горизонта (табл. 4 и 5).

6.2. Новообразования. Характерными новообразованиями почв черноземного ряда являются карбонаты. В черноземе выщелоченном неконкреционные формы карбонатных новообразований появляются на глубине 100см в виде тонковолокнистых выделений (выпоты и волокнистые налеты) и игольчатых друз (карбонатная «плесень». Однородные или слабодифференцированные округлые карбонатные конкреции размером 2-10см появляются с глубины 150см. Под увеличением центральная часть и поверхность конкреций мелкопористая, плотная, сложена волокнистым и мелкозернистым (0,02-0,03мм) кальцитом. В черноземовидной выщелоченной почве, кроме форм, представленных в черноземе выщелоченном, на глубине 150см образуется плотная зернистая карбонатная корочка на поверхности вертикальных трещин. Периодический застой влаги способствует преобразованию однородных конкреций в двухслойные «журавчики» размером 2-7см с поверхностью, изрытой кавернами, выполненной зернистым материалом. Центральная часть уплотнена и более темная. Поверхность трещин аморфная. Более гидроморфные черноземовидные почвы водораздела отмыты от карбонатов.

Неконкреционные формы карбонатов черноземовидных почв грунтового увлажнения представлены карбонатными натеками и пропиткой (Розанов, 1983). Верхняя граница появления плотных карбонатных конкреций фиксирует наиболее часто встречающийся уровень грунтовых вод. При устойчивом уровне грунтовых вод в черноземовидной слабооглеенной почве образуются плотные крупные угловатые желваки с плотной практически без пор поверхностью. При частой смене обводнения и иссушения в черноземовидной глееватой почве формируются многочисленные мелкие сильноизрезанные округлые конкреции. Поверхность стяжений рыхлая, пористая с вкраплениями кварцевого материала, внутренняя часть агрегирована в мелкие зерна, содержит значительное количество железистых вкраплений. В черноземовидной глеевой почве с длительным застоем влаги плотные карбонатные конкреции не образуются.

Марганцевые новообразования характерны для всех черноземовидных почв, их нет в выщелоченном черноземе. В черноземовидных почвах поверхностного увлажнения марганцевые натеки вкрапления блестящие, черные натечные. В черноземовидных почвах грунтового увлажнения марганцевые вкрапления имеют матовый черный цвет и зернистую поверхность.

В условиях северной лесостепи ортштейны образуются только в почвах замкнутых депрессий (табл.6). В черноземовидных почвах поверхностного увлажнения максимум угловатых ортштейнов приурочен к плотным оподзоленным и подзолистым го-

ризонтам. В черноземовидных почвах грунтового заболачивания конкреции сосредоточены в рыхлых верхних гумусовых горизонтах и имеют округлую форму. В горизонте В26№ черноземовидной глеевой почве крупные ржаво-железистые новообразования являются реликтом, не растворившимся из-за крупных размеров. С нарастанием степени гидроморфизма цвет конкреций изменяется от почти черного, связанного с высоким содержанием марганца до светло-бурого, обусловленного окислами железа. В почвах современным • контрастным застойно-промывным водным режимом поверхность ортштейнов плотная ровная. Поверхность конкреций почв с редким и непродолжительным застоем влаги или постоянно обводненных, изрыта кавернами, что свидетельствует о разрушении этих новообразований (табл.5).

Глинистые и гумусово-глинистые кутаны характерны только для черноземовидных почв поверхностного увлажнения и заболачивания. В выщелоченном черноземе эти новообразования отсутствуют (табл.5). С нарастанием степени гидроморфизма количество кутан возрастает, цвет их становится более интенсивным, прозрачность уменьшается. Непосредственно под гумусовым и оподзоленным горизонтами цвет их имеет теплые тона, вниз по профилю - за счет оглеения становится сизовато-серым. В условиях промывного водного режима почв открытых депрессий кутаны, окрашенные окислами железа, имеют бурые тона. В замкнутых понижениях их цвет серый за счет органического вещества и оглеения.

63. Химические свойства. Чернозем выщелоченный характеризуется равномерным распределением химических элементов по профилю (рис.8). Оглеение ведет к дифференциации минеральной массы мелкозема. В почвах поверхностного увлажнения с контрастным застойно-промывным водным режимом происходит обеднение мелкозема верхних горизонтов полуторными окислами. В черноземовидной подзолистой глееватой почве замкнутой депрессии вся верхняя часть профиля обеднена железом, марганцем, кальцием, магнием, титаном и частично алюминием. В черноземовидных почвах открытой депрессии с поверхностными водами преимущественно выносится только железо. Преобразование при грунтовом увлажнении ведет к диффузии железа в верхние горизонты, нижние оглеенные и глеевые горизонты обеднены этим элементом (рис.8).

Валовое содержание железа в черноземе выщелоченном и черноземовидных почвах составляет 3,6-4,8?^, 40-50% которого представлены «несиликатными» формами. В черноземовидных почвах поверхностного увлажнения с ростом степени гидроморфизма в почвах уменьшается содержание (»кристаллизованных форм и увеличивается -аморфных (рис. 9). Однако, при одном и том же периоде затопления значения критерия Швертманна более высокие в почвах замкнутых депрессий. При грунтовом увлажнении одновременно с ростом содержания «аморфного» железа возрастает содержание «окристаллизованного».

Черноземовидные почвы заболоченные поверхностными водами отличаются от окружающих их черноземов повышенной кислотностью и обеднением основаниями.

•Черм»« огодмлоыэа дабООГЛЗДОвЯ

го

40 60 80

Жур^О, юо

40 60

■ 'чержовмошдкзя

/Ч

ЯОТРе;,Ог

Рисунок 8. Изменение молекулярных соотношений ЗЮз/РегОз и вЮз/АЬОз по профилю почв: А- первой катены - чернозема выщелоченного и черноземовидных почв открытых депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания; Б- второй катены - черноземовидных почв замкнутой депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания; В - третьей катены -черноземовидных почв надпойменной террасы грунтового увлажнения и заболачивания

II катена

Ап Я1 АВ | 81 В2са

III катена

Всад/ Ссад/

1000 2000 3000 4000 ;

I катена

1000 2000 3000 4000 500

О 1000 2000 3000 4000 500!

2000 3000 4000 БОС

Ап А1

АВсад И В1сад//

Ап А1 А21эд/ А2Вд/ В1д II 02д/С

1000 2000 3000 4000 БОС

О 1000 2000 3000 4000 500

О 1000 2000 3000 4000

И Ре аморфное В Ре окристаллизованное И Ре силикатное

Рисунок 9. Содержание различных соединений железа. Почвы: 1 - выщелоченный чернозем; 2 - черноземовидная оподзоленная слабооглеенная; 3 - черноземовидная оподзоленная глееватая; 4 - черноземовидная выщелоченная; 2 - черноземовидная оподзоленная глубокооглеенная; 3 - черноземовидная подзолистая глееватая;

7 - черноземовидная слабооглеенная; 2 - черноземовидная глееватая;

3 - черноземовидная глеевая.

Черноземовидные почвы грунтового увлажнения сохраняют нейтральную реакцию и полностью насыщены основаниями. При поверхностном и грунтовом увлажнении с ростом степени гидроморфизма в составе обменных оснований возрастает доля магния (табл.6). Содержание натрия в почвах западин при соответствующих климатических условиях незначительно.

Общее содержание органического вещества в черноземе выщелоченном и черно-земовидных почвах поверхностного и грунтового увлажнения составляет 3-3,5%. Только в черноземовидной глеевой почве оно возрастает до 6% (рис.10). Для чернозема выщелоченного и черноземовидных почв с небольшим поверхностным и грунтовым увлажнением характерно постепенное убывание гумуса вниз по профилю. В опод-золенных и глееватых горизонтах содержание органического вещества резко уменьшается и увеличивается доля фульвокислот. При поверхностном заболачивании с нарастанием степени гидроморфизма в составе гуминовых и фульвокислот увеличивается доля 1 фракции, связанной с полуторными окислами. При грунтовом - резко преобладает II фракция, связанная с кальцием. Только в черноземовидной глеевой почве с длительным поверхностным застоем влаги значительна и доля фракции, связанной с полуторными окислами.

An к

ИФК la И ФКI ИФК II □ ФК III Я ГКI ВГК II ш С остаток

Рисунок 10. Фракционный состав гумуса (приведены абсолютные значения фракций С,%), Почвы: I - чернозем выщелоченный; 2 - черноземовидная оподзоленная слабооглеенная; 3 -■ черноземовидная оподзоленная глееватая; 4 - черноземовидная выщелоченная; 5 - черноземовидная оподзоленная глубокооглеенная; 6 - черноземовидная подзолистая глееватая;

7 - черноземовидная слабооглеенная: 8 - черноземовидная глееватая;

9 - черноземовидная глеевая.

Чериоземовидные почвы поверхностного и грунтового заболачивания хорошо обеспечены обменным калием и легкогидролизуемым азотом, но существенно различаются по содержанию подвижного фосфора. При поверхностном увлажнении наблюдается резкое снижение содержания доступных его форм (табл.6). Поэтому особое внимание в наших исследованиях было уделено фосфатному состоянию черноземо-видных почв. Валовое содержание фосфора в мелкоземе всех рассматриваемых почв составляет 0,2-0.25%, только в черноземовидных почвах замкнутых депрессий увеличивается до 0,4% (рис.11). В черноземе выщелоченном преобладают органические фосфаты, а среди минеральных - фосфаты кальция. При поверхностном увлажнении в условиях свободного оттока воды в черноземовидных почвах открытых депрессий фосфаты железа вымываются из почвенного профиля. Гуминовые кислоты, связанные с полуторными окислами частично сорбируют фосфаты железа, переходящие в подвижное состояние в период весеннего застоя влаги. Поэтому доля «органического» фосфора в этих почвах возрастает, а «активного» - снижается. В условиях замкнутой депрессии в мелкоземе и ортштейнах накапливаются фосфагы железа, вымытые из почв более высоких элементов рельефа и перешедшие в подвижное состояние из фракции «прочносвязанного» при снятии окисных пленок с минеральных зерен в периоды застоя влаги. При грунтовом увлажнении доля фосфатов кальция увеличивается, а содержание органического фосфора уменьшается. Только в черноземовидной глеевой почве содержание фосфатов железа сопоставимо с содержанием фосфатов кальция (рис. 11).

Сезонная динамика характерна только для почв с высокой степенью гидромор-физма. В почвах открытой депрессии водораздела наблюдается весеннее увеличение содержания железа на 120 и фосфора на 8мг/100г почвы, большая их часть выносится с промывными водами. В почвах замкнутой депрессии водораздела весенние пики содержания фосфора и железа составляют соответственно 400 и 35мг/100г почвы. В почвах грунтового увлажнения наблюдаются весенний пик содержания фосфора и железа в периоды максимального падения ОВП и летний - только фосфора в периоды выпадения обильных дождей, за счет перехода фосфатов кальция из апатитовой фракции в более подвижные - Са-Р1 и Са-РП.

ГПСа1-Р = Са11-Р СА1-Р

аСаШ-Р

активный минеральный 18 прочносвязанный минеральный

В органический

Рисунок 11. Фракционный состав активного минерального (1) и общего фосфора (II) в исследуемых почвах: А-почвы первой катены: I- чернозем выщелоченный, 2- черноземовидная оподзоленная слабооглеенная; 3- черноземовидная оподзоленная глееватая; Б - почвы второй катены: 4- черноземовидная выщелоченная; 5- черноземовидная оподзоленная глубокооглеенная; 6- черноземовидная подзолистая глееватая; В - почвы третьей катены: 7- черноземовидная слабооглеенная; 8-черноземовидная глеевая; 9- черноземовидная глеевая.

7, Химический состав ортштейнов. В конкрециях черноземовидных почв севера Тамбовской равнины аккумулируются Мп, Р и Бе (Кн(МпО) > Кн(Р205) > Кн (Ре20з)). При поверхностном и грунтовом увлажнении с ростом степени гидроморфизма почв коэффициент накопления марганца снижается, а железа возрастает (рис.12). Наиболее ярко агроэкологическое состояние почв при поверхностном и грунтовом увлажнении, отражает соотношение Ре/Мп, извлекаемых сернокислой вытяжкой (коэффициент заболоченности по Зай^ельману и Оглезневу). В конкрециях черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения с контрастным застойно-промывным водным режимом преобладают «аморфные» соединения железа, а в черноземовидных почвах с очень коротким или более длительным периодом застоя влаги «окристаллизованные».

Таблица 6. Физико-химические и химические свойства выщелоченного чернозема и черноземовидных почв севера Тамбовской равнины

Характеристика почвы Разрез, почва

1. Чернозем выщелоченный Почвы поверхностного заболачивания с свободным оттоком Почвы поверхностного увлажнения и заболачивания с затрудненным оттоком Почвы грунтового увлажнения и заболачивания

2. Чернозе-мовидная оподзолен-ная слабо-оглеенная 3. Чернозе-мовидная оподзолен-ная глееватая 4. Черно-земовидиая выщелоченная 5. Чернозе-мовидная олодзолен-ная глубо-кооглеенная 6. Чернозе-мовидная подзолистая глееватая 7. Черно-земовид-ная сла-бооглеен-ная 8. Чернозем о видная глееватая 9. Черно-земовидная глеевая

Кислотность, состав обменных оснований

рНсол (Ап) 5,2 ±0,1 4,8 ±0,1 4,7 ±0,1 5,1 ±0,2 4,7 ±0,1 4,9 ±0,1 6,4± 0,2 6,5± 0,.2 6,5±0,1

Гидролитическая кислотность, ммоль/ 100г почвы (Ап) 5,5 ± 0,5 11,0 ±0,8 11,2 ±0,5 7,5 ± 0,7 10,1 ±0,3 11,1 ±0,1 0,4± 0,1 0,5± 0,1 0,8± 0,3

Сумма обменных основании, ммоль/ЮОг почвы (Ап) 35 ±2 29 ±3 29 ±3 35 ±3 21 ±2 17 ± 3 56 ±3 53 ±4 55 ±6

Степень насыщенности основаниями, %(Ап) 84 ±3 71 ±5 73 ±2 82 ±2 67 ±2 59 ±3 100 100 98± 1

Соотношение СаМг (Ап) 5,5 ±0,3 4,1 ±0,2 4,1 ±0,2 4,4 ±0,4 3,8± 0,7 3,8±0,6 7,0± 0,5 4,9± 0,8 5,0± 0,4

Гумусное состояние

Сорг, % 2,88 3,72 3,15 3,07 3,51 3,10 2,61 4,68 5,40

Соотношение С„:С,Ь|1, в Ап 1,9 1,69 1,53 2,0 1,97 1,82 2,01 0,92 2,36

Соотношение С^С^, вА2,А2Вд или О - 0,98 1,08 - 0,64 0,79 1,02 1,60 1,00

СпсгСтог 1:2 2:1 2:1 3:2 2:1 2:1-3:1 1:7- 1:5-1:3 1:3 -1:1

Обеспеченность элементами питания

Ылг по Корнфил-ду, мг/100г поч-вы(Ап) 15,4 ± 1,6 15,4 ± 1,8 14,2 ± 1,2 15,4 ± 1,6 15,4 ± 1,4 15,4 ±1,6 19,6 ±2,8 19,6 ±2,8 35,0 ±6,4

К,О по Чирикову, мг/100г поч-вы(Ап) 11,4 ±1,3 10,4± 1,2 8,5± 1,2 10,7 ± 1,1 12,2 ± 1,4 15,4 ±1,6 17,8 ± 1,8 14,4 ±1,5 16,5 ±1,6

Р2С>5 по Чирикову, мг/ЮОг почвы (Ап) 10,2 ±0,6 2,1± 1,3 „0,7± 0,2 11,2 ±0,9 4,2 ±0,5 2,6 ± 0,3 11,6 ±0,9 8,8 ± 0,8 18,1 ± 1,5

* ' }

5 20

Мп ре Р Ми Ре Р

1(1

I Мв И ЙВ« £л Д1 ив

1 ив 611 11 08д 819 II

Рисунок 12. Коэффициенты накопления марганца, железа и фосфора (МпО, Ре203. Р205) в ортштейнах почв: А - черноземовидной оподзоленной; Б - черноземовидной подзолистой глееватой; В - черноземовидной слабооглеенной; Г - черноземовидной глееватой; Д - черноземовидной глеевой.

Д Активный минеральный фосфор Органический фосфор Прочносвязанный минеральный фосфор

шшш

ШШШШ9ЩШЩ

10 20 30 40 30 60 70 во 90 100%

Рисунок 13. Соотношение различных фракций [~в~| органического, активного и прочносвязэнного минерального фосфора в ортштейнах почв замкнутых западин поверхностного увлажнения И (А, Б) и грунтового увлажнения (В, Г, Д).

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%

Важную информацию о происхождении и возрасте конкреций несет фракционный состав фосфора, валовое содержание которого составляет 1,3-2%. В ортштейнах почв поверхностного увлажнения доля «органического» фосфора достигает 30-50%. Процесс концентрации «органического» фосфора носит микробиологический характер и интенсивнее протекает при кислой реакцией среды (Аристовская, 1980). При нейтральной реакции и насыщенности кальцием органическое вещество не сорбирует фосфаты, поэтому его содержание в конкрециях почв грунтового увлажнения - 1-3%. Соотношение «активного» минерального и «прочносвязанного» фосфора изменяется в зависимости от возраста Ре-Мп конкреций. В свежеобразованных в модельных условиях ортштейнах содержание «активного» минерального фосфора составляет 80-90% от общего минерального. В ортштейнах почв с современным контрастным застойно-промывным водным режимом - 60-80%. В реликтовых ортштейнах, снижается до 2040% (рис.13).

8. Количественная диагностика степени гидроморфизма. Проблема количественной диагностики степени гидроморфизма черноземов в настоящее время остается

практически нерешенной для лесостепной зоны в целом и, в частности для севера Тамбовской равнины. Для решения этой задачи необходимы следующие три группы сведений, отражающие особенности почв с нарастанием (в пространстве) признаков переувлажнения: 1. морфологические и аналитические характеристики, обусловленные переувлажнением; оценки 2. водного режима почв разной степени гидроморфизма и 3. продуктивности районированных культур в годы разной влажности.

Для почв таежно-лесной зоны предложено несколько количественных критериев и зависимости от типа заболачивания, генезиса и состава почвообразующей породы. Наиболее распространенный основан на соотношении аморфного и суммарного несиликатного железа (критерий Швертманна), В качестве диагностического критерия степени заболоченности почв с элювиально-иллювиальным профилем, Зайдельманом и Оглезневым (1972) был предложен метод, основанный на определении отношения железа к марганцу, извлекаемых из ортштейнов горизонта An In сернокислой вытяжкой (Кз - коэффициент заболоченности). Значительно реже при диагностике обращают внимание на состав органического вещества. Только для определения степени заболоченности дерново-карбонатных почв было предложено использовать пирофосфатную вытяжку из гумусовых горизонтов (Старцев, 1989).

В лесостепной зоне критерий Швертманна применим только для почв поверхностного увлажнения. При одном и том же периоде внугрипочвенного застоя влаги значения этого показателя более высокие в почвах замкнутых депрессии, чем в открытых (табл. 7). Отношение Fe/Mn, извлекаемых из ортштейнов In сернокислой вытяжкой, при поверхностном и грунтовом заболачивании возрастает с увеличением периода переувлажнения почвы (табл.7). Но в условиях севера Тамбовской равнины заболачивание черноземовидных почв часто не сопровождается конкрециообразованием.

Качественный состав органического вещества почв в лесостепной зоне является стабильным показателем агроэкологического состояния почв, поэтому было предложено использовать отношение оптических плотностей вытяжек, извлекающих различные его фракции в качестве критерия переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв:

" /-и ~-. где

/ и D2F2 '

К|.ц - критерий переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв; D1 -оптическая плотность щелочной вытяжки, D2 -оптическая плотность щелочной пиро-фосфатной вытяжки, F1, и F2 - соответствующие разбавления. Измерения проводились при длине волны Х=440 им (Синий светофильтр). Щелочную вытяжку разбавляли в 2-25раз в зависимости от цвета вытяжки, щелочную пирофосфатную - в 25раз.

Использование соотношения оптических плотностей позволяет снизить систематическую ошибку и исключает необходимость построения калибровочного графика. Показатель обладает высокой чувствительностью при поверхностном увлажнении и позволяет выделять участки почв грунтового заболачивания (табл.7).

Таблица 7. Количественные показатели степени гидроморфизма черноземовидных почв севера Тамбовской равнины

Разрез, почва Морфологические критерии гидроморфизма Продуктивность с.-х. культур Количественные показатели степени переувлажнения и заболачивания

Критерий Швсртманиа Ие0/ Рей гю мелкозему пахотного горизонта К, "по ортштейнам из пахотного горизонта Кы/'по мелкозему пахотного горизонта

Интервал 1 X ± «т Интервал 1 Х±10ч5ш Интервал ] Х±1<,мш

Почвы поверхностного заболачивания со свободным оттоком открытой депрессии

1. Чернозем выщелоченный Отсутствуют Возможно возделывание всех районированных культур 0,05-0,09 0,07±0,02 Нет орт-штейнов - 1,5-2,0 1,68±0,20

2. Черноземовидна я оподзоленная слабооглеенная Скелетаны, Мп вкрапления, глинистые кутаны Снижение урожайности зерновых на 40-60% 0,10-0,14 0,12±0,02 Неторт-штейнов Нет орт-штейнов 3,0-5.0 3,70>0.52

3. Черноземовидна я оподзоленная глееватая Скелетаны, Мп вкрапления, глинистые кутаны пятна оглеения ниже 120см Вымочки зерновых 0,14-0,20 0,17±0,03 Нет орт-штейнов Нет орт-штейнов 5,0-6,0 5,55±0,48

Почвы поверхностного увлажнения и заболачивания с затрудненным оттоком замкнутой депрессии

4. Черноземовидна я выщелоченная Мп вкрапления, глинистые кутаны Повышение урожайности зерновых на 20%, 0,07-0,09 0,08±0,01 Нет орт-штейнов Нет орт-штейнов 2,1-3,0 2,55±0,2!

5. Черноземовид-ная оподзоленная глубокооглеенная Скелетаны, ортштейны, Мп вкрапления, гумусовые кутаны Снижение урожайности зерновых на 50-80% 0,20-0,27 0,24±0,06 < 8, 5,3 + 1,1 3,1-5,0 3,81±0,54

6. Черноземовид-ная подзолистая глееватая оризонт А2, ортиггейны, «рганцевые вкрапления, гумусовые кутаны Постоянные вымочки зерновых 0,28 -0,37 0,39±0,10 >8, 12,5 ± 1,2 6,0-10,0 7,61±0,71

Почвы грунтового увлажнения и заболачивания

7. Черноземовид-ная слабооглеенная Пятна оглеения 10-20%, ортштейны Высокие урожаи зерновых 0,20 -0,28 0,25±0,03 <3 2,0 + 0,4 0,2-0,4 0,25±0,0б

8. Черноземовид-ная глееватая Пятна оглеения 40-50%, ортштейны Вымочки зерновых, только мн. травы 0,20 -0,25 0,24x0,05 3-9 5,1 +0,7 0,4-0,8 0,55±0,18

9. Черноземовид-ная глесвая Горизонт С!, ортштейны Вымочки зерновых, только мн травы 0,35-0,50 0,41 ±0,10 >9 7,0 ± 0,6 0,8-2,0 1,29±0,26

' К, - коэффициент заболоченности (Ре/Мп в I н сернокислой вытяжке из ортштеннов) - коэффициент заболоченности. "Ki.ii - критерий переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв

Щелочная пирофосфатная вытяжка используется при ускоренном пирофосфат-ном методе определения состава гумуса по Кононовой и Бельчиковой. В нее переходят гумусовые кислоты I и II фракции. Ее использование позволяет сравнивать почвы с различным содержанием органического вещества.

Щелочную вытяжку (0.1п ИаОН) используют для определения группового и фракционного состава гумуса по Тюрину в модификации Пономаревой и Плотниковой; в нее переходят свободные и связанные с подвижными полуторными окислами гуминовые и фульвокислоты. При поверхностном увлажнении увеличивается содержание 1 фракции и вытяжка 0,1п Т\'аОН без декальцирования становится более темной, при грунтовом заболачивании - напротив ее доля уменьшается и вытяжка становится более светлой. .Это позволяет использовать ее в качестве экспресс-метода для определения почв поверхностного и грунтового заболачивания (табл. 9).

Выводы

1. Агроэкологические особенности сельскохозяйственных территорий севера Тамбовской равнины определяются наличием в почвенном покрове черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения, резко отличающихся по особенностям водного режима и агрофизическим свойствам от окружающих черноземов выщелоченных.

2. Заболачивание кислыми атмосферными водами ведет к ухудшению агрофизических свойств - увеличению плотности, уменьшению пористости, в первую очередь межагрегатной, снижению структурности, образованию глыбистых агрегатов и резкому снижению коэффициента фильтрации, элювиальной дифференциации по илу. При заболачивании грунтовыми водами в почве формируется водопрочная зернистая структура и благоприятные агрофизические свойства, определяющие высокие коэффициенты фильтрации.

3. Черноземовидные оподзоленные и подзолистые почвы депрессий водоразделов в сухие по зимним осадкам годы находятся, как и чернозем выщелоченный в авто-морфно.м режиме, в средние и влажные - в верхнем метре их профиля от 2-3-х недель до 2-х месяцев застаивается верховодка. Водный режим черноземовидных глееватых и глеевых почв надпойменных террас определяется высоким уровнем грунтовых вод. Продолжительность весеннего застоя влаги в верхних горизонтах составляет в зависимости от влажности года от 1-2 недель до 1,5 месяцев - в черноземовидной слабоогле-енной почве и до 3-4 месяцев - в черноземовидных глееватой и глеевой почвах.

4. Застой атмосферных вод, насыщенных кислородом в верхних горизонтах черноземовидных почв водоразделов ведет к падению ОВП до +150тУ при свободном оттоке воды, и до +50шУ - при затрудненном. В условиях чередования кратковременных восстановительных и продолжительных окислительных условий формируются черноземовидные почвы с кислыми оподзоленными и подзолистыми горизонтами. Продолжительный застой влаги в нижних горизонтах черноземовидных почв низких надпойменных террас и постоянная капиллярное увлажнение - верхних определяют глубокие

восстановительных условия (ОВП - (-200)ш\') и образование глееватых и глеевых горизонтов.

5. Неконкреционные карбонатные новообразования чернозема выщелоченного представлены игольчатыми и волокнистыми формами. Твердые недифференцирова-ные конкреции имеют пористую поверхность. Дополнительное поверхностное увлажнение черноземовидной выщелоченной почвы ведет к появлению натечных и зернистых форм карбонатов и дифференциации конкреций на хрупкую с кавернами корочку и плотное стекловидное ядро. Почвы более высокой степени гидроморфизма на водоразделе отмыты от карбонатов. Неконкреционные формы в черноземовидных почвах фунтового увлажнения представлены натечным кальцитом. Угловатые конкреции с марганцевыми и железистыми вкраплениями фиксируют наиболее часто встречающийся уровень грунтовых вод.

6. Оглеение в условиях застойно-промывного режима ведет к формированию в черноземовидных почвах новообразований не характерных для черноземов: марганцевых вкраплений, угловатых ортштейнов, «скелетан», глинистых и гумусово-глинистых кутан - при поверхностном увлажнении, округлых ортштейнов, марганцевых вкраплений и железистые вкраплений - при фунтовом.

7. При поверхностном и грунтовом заболачивании в ортштейнах черноземовидных почв аккумулируются Мп, Р и Ре. С нарастанием степени гидроморфизма коэффициент накопления Мп снижается, а Ре возрастает. В конкрециях почв с современным контрастным застойно-промывным водным режимом преобладает «аморфное» железо и активный минеральный фосфор, а в конкрециях почв с редким или длительным застоем влаги - «окристаллизованное» железо и прочносвязанный фосфор. «Органический» фосфор накапливается в ортштейнах только при поверхностном увлажнении.

8. Для чернозема выщелоченного и черноземовидной выщелоченной почвы характерно равномерное распределение 8Ю2 и К203 по профилю. При поверхностном заболачивании в условиях контрастного застойно-промывного водного режима в черноземовидных оподзоленных почвах верхние горизонты обедняются Ре за счет вымывания их поверхностными водами, а в черноземовидных подзолистых - Ре, Мп, Са, Mg и А1. При фунтовом заболачивании дифференциация выражена слабее. Из-за диффузии железа к поверхности и аккумуляции в Ре-Мп конкрециях глееватые и глеевые горизонты черноземовидных почв обеднены этим элементом. В черноземовидных почвах поверхностного и грунтового увлажнения с ростом степени гидроморфизма в почвах уменьшается содержание «окристаллизованных» форм железа и увеличивается -«аморфных». Более интенсивно этот процесс протекает в условиях замкнутых депрессий.

9. Черноземовидные почвы поверхностного увлажнения и заболачивания отличаются от окружающих их черноземов выщелоченных повышенной кислотностью и

Таблица 8. Эколого-гидрологические особенности черноземовидных почв севера Тамбовской равнины., рекомендации по использованию в естественном состоянии и оценка потребности в осушении при различном с.-х. использовании

Разрез, почва Водный режим во влажный по зимним осадкам год Морфологические признаки оглее-ния Новообразования Физические и химические свойства Урожайность с.-х.культур Рекомендации по использованию в естественном состоянии Необходимость дренажа

1 3 1 4 6 7 8 9

Почвы поверхностного увлажнения и заболачивания открытой депрессии водораздела

1. Чернозем выщелоченный Промывной Отсутствуют Карбонатные конкреции со 150см 1,5- 2,0 Оптимальные для с.-х. растений 30-40ц/га-озимые, 25- ЗОц/га-яровые зерновые Возделывание всех районированных с.х. культур Отсутствует

4.Черноземовид ная выщелоченная Кратковременный застой влаги до конца апреля Отсутствуют Глинистые кутаны, Мп вкрапления, карбонатные «журавчики» 2,1- 3,0 Оптимальные для с.-х. растений В сухиегоды повышение урожайности зерновых на 20%

2.Черноземовид ная оподзолен-ная слабоогле-енная Застой влаги до конца мая «Скелетаны» в нижней части гумусового профиля, пятна оглеения 10-20% ниже 150см Марганцевые вкрапления и натеки, бурые глинистые кутаны 3,0-5,0 Повышенная кислотность, дефицит Р, повышенная плотность, снижение структурности и водопроницаемости Снижение озимых на 20-50%, яровых на 50-70% Исключить зяблевую вспашку, озимые; мн. травы Выборочный дренаж, известкование

З.Черноземовид ная оподзолен-ная глееватая Застой влаги до начала августа 5,0-6,0 Вымочки озимых зерновых Исключить зяблевую вспашку, только посев мн. трав

Почвы поверхностного увлажнения и заболачивания замкнутой депрессии водораздела

4.Черноземовид ная выщелоченная Кратковременный застой влаги до конца апреля Отсутствуют Глинистые кутаны, Мп вкрапления, карбонатные «журавчики» 2,1-3,0 Оптимальные для с.-х. растений В сухие годы повышение урожайности зерновых на 20% Возделывание всех районированных с.-х. культур Отсутствует

/ 2 3 -1 5 6 7 н 9

5. Черноземо- Застой «Скелетаны» Темно- Повышенная Снижение Исключить Выбороч-

видная оподзо- влаги до в нижнем бурые кислотность, урожайно- зяблевую ным дре-

леиная глубоко- начала части гори- ортштей- дефицит под- сти озимых вспашку, ози- наж целе-

оглеенная июля зонта А1, ны, гуму- 3,1- вижного фос- зерновых на мые, мн. тра- сообра-

пятна оглее- совые ку- 5,0 фора, повы- 40-60%, яро- вы зен, если

ния 5-10% таны, мар- шенная плот- вых - 20- западины

ниже 150см ганцевые вкрапления ность, снижение структур- 90% мешают движе-

6. Черпоземо- Поверхно- Подзоли- Бурые орт- ности и водо- 11остоянные Только посев нию тех-

вндная подзоли- стный за- стый гори- штейны, проницаемо- вымочки мн. трав, или ники

стая глееватая стой, внут-рипочвен-ный- до середины июля зонт, пятна огдеения 10-20% ниже 150см гумусовые кутаны, марганцевые вкрапления 6,0-10,0 сти зерновых, естественный травостой

Почвы грунтового увлажнения и заболачивания надпойменной террасы

7. Черноземо- Застой Пятна оглее- Черные орт- Благоприят- Высокие Исключить После

видная слабоог- влаги в ния до 20% штейны, Мп ные для с.х. урожаи зер- зяблевую проведе-

леениая верхних вкрапления, 0,2-0,4 культур, высо- новых вспашку: ози- ния сис-

горизонтах до крупные угловатые карбонатные желваки кая пористость, низкая мые, многолетние и од- тематического

конца июня плотность, нейтральная нолетние травы дренажа возможно

Поверхно- Горизонт Бурые орт- реакция, высо- Из-за посто- Только под возделы-

8. Черноземо- стный застой влаги мраморо-видной окра- штеГжы, Мп вкрапления, 0,4- кая обеспеченность эле- янного обводнения естественные сенокосы вание всех по-

тая до начала августа ски (пятна оглеения до 50%) угловатые карбонатные конкреции 0,8 ментами питания, высокая оструктурен- невозможность возделывания ка- левых культур

Поверхно- Самостоя- Светло- ность ких-либо с.х.

9. Черноземо- стный застой влаги тельный глесвый го- бурые орт-штейны, Мп 0.8- культур

видная глеевая до конца августа ризонт вкрапления пятна оже-лезнения 2,0

обеднением основаниями. Черноземовидные почвы грунтового увлажнения сохраняют нейтральную реакцию и полностью насыщены основаниями. В составе обменных оснований преобладает кальций. Натрий отсутствует в почвах поверхностного увлажнения, содержание его в почвах грунтового увлажнения менее 0,3% от ЕКО.

10. Черноземовидные почвы поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания, как и чернозем выщелоченный, характеризуются гуматным типом органического вещества верхних горизонтов. В оподзоленных и подзолистых горизонтах при поверхностном заболачивании и в глееватых и глеевых - при грунтовом резко снижается содержание органического вещества, и увеличивается в его составе доля фульво-кислот. При поверхностном заболачивании в составе гуминовых и фульвокислот по сравнению с выщелоченным черноземом увеличивается доля 1 фракции, связанной с полуторными окислами, а при грунтовом -И, связанной с кальцием.

11. В черноземе выщелоченном фосфаты представлены органическими соединениями и фосфатами кальция. В кислых черноземовидных почвах поверхностного увлажнения и заболачивания при свободном оттоке воды происходит вымывание фосфатов железа и сорбция их органическим веществом. При затрудненном оттоке фосфаты железа накапливаются в мелкоземе и в ортштейнах. В черноземовидных почвах грун-тоиого увлажнения среди «минеральных» фосфатов преобладают фосфаты кальция, содержание фосфатов железа и органического фосфора снижается.

12. В качестве количественной характеристики эколого-гидрологические особенностей черноземовидных почв поверхностного и грунтового заболачивания севера Тамбовской равнины можно использовать степень окристаллизованности «несиликатного» железа (критерий Швертманна). состав железо-марганцевых конкреций (коэффициент заболоченности по Зайдельману и Оглезневу) и качественный состав гумуса (критерий переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв). Критерий Швертманна применим только при поверхностном увлажнении и заболачивании, коэффициент заболоченности - только для почв, в профиле которых присутствуют орт-штейны. Предложенный критерий переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв в можно использовать для диагностики агроэкологического состояния чернозема выщелоченного и черноземовидных почв поверхностного и фунтового увлажнения и заболачивания.

13. На основе многолетнего изучения гидрологического режима, продуктивности и морфологии черноземовидных почв разработана количественная диагностика степени их гидроморфизма для условий севера Тамбовской равнины и оценка целесообразности их осушения при различном сельскохозяйственном использовании

Предложения для производства

1. Предложены рекомендации по использованию черноземов и черноземовидных гючв в практике земледелия Тамбовской низменности с учетом степени их гидроморфизма и агрофизических особенностей (табл. 8):

1.1. Чернозем выщелоченный и черноземовидную выщелоченную почву водораздела следует использовать для выращивания любых районированных культур без дренажа. В этом случае целесообразно орошение овощных и плодовых культур в засушливые и сухие годы;

1.2. Чериоземовидные оподзоленные глееватые почвы без дренажа можно использовать только под озимые зерновые и многолетние травы. С целью оптимизации водного режима следует отказаться от зяблевой вспашки. На таких почвах орошение нецелесообразно. При использовании этих почв в полевых севооборотах необходим выборочный дренаж в сочетании с известкованием.

1.3. Чериоземовидные подзолистые глееватые почвы в естественном состоянии пригодны только для возделывания многолетних трав. Выборочный закрытый дренаж в сочетании с известкованием целесообразен, если вымочки мешают движению техники и нормальной обработки.

Таблица 9. Экспресс- диагностика и агроэкологическая характеристика выщелоченного чернозема и черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения севера Тамбовской равнины_

Цвет щелочной вытяжки Почвы Характеристика водного режима Использование

Бледно-желтый Черноземовидные слабо-оглеенные почвы грунтового увлажнения В средние и влажные по зимним осадкам годы внутрипочвенный застой влаги В естественном состоянии озимые зерновые, однолетние и многолетние травы, под полевые культуры целесообразен систематический дренаж

Интенсивно желтый Чериоземовидные глееватые и глеевые почвы грунтового заболачивания Ежегодный длительный поверхностный застой влаги В естественном состоянии -размещение сенокосов, под полевые культуры целесообразен систематический дренаж

Желто-коричневый Выщелоченный чернозем и черноземовидная выщелоченная почва Благоприятный для всех районированных сельскохозяйственных культур Возможно возделывание всех районированных сельскохозяйственных культур, н сухие и средние годы целесообразно орошение под овощные и плодовые

Коричневый Черноземовидные оподзоленные слабооглеен-ные почвы поверхностного увлажнения В средние и влажные по зимним осадкам годы внутрипочвенный застой влаги Под озимые зерновые и многолетние травы, после проведения выборочного дренажа и известкования - в полевых севооборотах

Темно-коричневый до черного Черноземовидные оподзоленные и подзолистые глееватые почвы поверхностного заболачивания Ежегодный длительный поверхностный застой влаги В естественном состоянии только под многолетние травы, после дренажа и известкования - в полевых севооборотах

1.4. На черноземовидной слабооглеенной почве грунтового увлажнения возможно получение высоких урожаев озимых зерновых культур. Однако при этом следует избегать'осенней зяблевой вспашки. При вовлечении этих почв в полевые севообороты целесообразен систематический дренаж.

1.5. Черноземовидные глеевую и глееватую почвы в условиях естественного водного режима можно использовать только для размещения естественных сенокосов. Выборочный или систематический дренаж этих почв окупается через 2-Згода. Его проведение позволит использовать их в полевых севооборотах.

2. На переувлажненных черноземовидных оподзоленных и подзолистых глеева-тых почвах поверхностного увлажнения и заболачивания необходимо дробное внесение фосфорных удобрений, из-за опасности их ретро градации.

3. При крупномасштабном картировании, рекогносцировочных исследованиях и для уточнения почвенных границ в качестве количественного критерия степени переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв может быть использован предложенный нами метод диагностики степени гидроморфизма почв, основанный на отношение оптической плотности щелочной вытяжки к оптической плотности щелочной пирофосфатной. Не проводя измерений, только по цвету щелочной вытяжки можно дать предварительную экспресс-диагностику и агроэкологическую характеристику чернозема выщелоченного и черноземовидных почв (табл. 9)

Список публикаций по теме диссертации

а) в журналах рекомендованных ВАК

1. Зайдельман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В. Эколого-гидрологические особенности выщелоченных черноземов и лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины // Почвоведение. 2002. №9. С. 1102-1114.

2. Зайдельман Ф.Р. Никифорова A.C. Степанцова Л.В. Формы и свойства гумуссироваиных «языков» в профилях выщелоченного чернозема и лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины// Вестннк МГУ. 2001. Сер. 17. Почвоведение. С 15-26.

3. Зайдельман Ф.Р., Никифорова A.C. Степанцова Л.В. Химические свойства автоморфных и гндроморфных почв севера лесостепи // Вестн. Моек ун-та. Сер 17. Почвоведение. 2006. №1. С 18-26.

4. Зайдельман Ф.Р., Никифорова A.C. Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. Химические свойства почв замкнутых западни севера Тамбовской равиины// Вестн Моск. ун-та сер 17. Почвоведение. 2007. С. 35-41

5. Зайдельман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В., Красин В.Н., Сафронов С.Б. Эколо-го-гидрологические и генетические особенности черноземовидных почв замкнутых западин севера Тамбовской равнины// Почвоведение. 2008. №2. С.198-213

6. Зайдельман Ф.Р., Никифорова A.C., Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. Марганец, железо и фосфор в ортштейнах черноземовидных почв севера Тамбовской равнины и их значение для диагностики степени оглеения// Почвоведение, 2009. №5. С 521-531

7. Никифорова A.C., Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. Фосфатное состояние черноземовидных почв севера Тамбовской равнины// Вестннк МГУ. Серия Почвоведение. 2010. №2. С. 26-38.

8. Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. К характеристике фосфатного состояния черноземовидных почв замкнутых депрессий водоразделов.// Достижения науки и техники АПК. 2008. №8. С. 12-15.

9. Степанцова Л.В., Трунов И.А., Красин Н.В., Сафронов С.Б. Некоторые аспекты проблемы переувлажнения черноземов севера Тамбовской области // Вопросы современной науки и практики, Университет им. В.И. Вернадского. 2006. № 3 (5). С. 39-48

10. Степанцова Л.В., Мананникова Н.Ю., Волохина В.П. Изучение подвижности фосфора и железа в переувлажненных почвах открытой лощины севера Тамбовской равнины в мо-

дельных условиях // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2007. №3(9). С.171-175

11. Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. К характеристике фосфатного состояния черноземовидных почв открытых депрессий // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. Серия Технические пауки. 2008. №1(1 ')• С. 52-60

12. Степанцова Л.В., Полтинин А.П., Красин В.Н. Диагностика и основные направления использования черноземовидных почв севера Тамбовской равнины // Вестник МичГАУ. Мичуринск, 2011. №2. 4.1. С.121-126

13. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Количественный показатель глубины залегания грунтовых вод в черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины // Вестник МичГАУ. Мичуринск, 2011. №2. 4.1. С.106-110

14. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Характеристика почвенного покрова Первомайского района Тамбовской области'на примере ООО «Биопрогресс» // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2011. Том 16.Вып.5.

15. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Место лугово-черноземных почв северной лесостепи в новой «Классификации почв России» (2004) // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2011. Том 16.Вып.5.

16. Красин В.Н., Степанцова Л.В. Особенности карбонатных конкреций черноземовидных почв севера Тамбовской равнины // Вестник ОГУ. Оренбург, 2011 №12

17. Степанцова Л.В. Диагностика и использование черноземовидных почв севера тамбовской равнины // Вестник ОГУ. Оренбург, 2011 №12

в) основные публикации в региональных изданиях и межвузовских сборниках

18. Степанцова Л.В. Изменение физико-химических свойств черноземных почв северной части Тамбовской равнины под влиянием переувлажнения.// Вестник МичГАУ. Мичуринск, 2001. т.1. №3. С.31-37

19. Степанцова Л.В. Динамика содержания Р205 и Fe2 в выщелоченном черноземе и лугово-черноземных почвах севера Тамбовской низменности.// Мат.науч. сессии по фундаментальному почвоведению. М..МАКС Пресс. 2004. С. 102-103

20. Никифорова A.C. Степанцова Л.В. Химические свойства выщелоченного чернозема и лугово-черноземных почв севера Тамбовской низменности.// Мат. IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Кн.2. Новосибирск.М.НГУ. С.502

21. Никифорова A.C., Степанцова Л.В. Водный режим черноземов и лугово-черноземных почв севера Тамбовской низменности.// Тез. докл. всероссийской науч-практ. конф. «Гид-роморфные почвы - генезис, мелиорация и использование». Москва, 2002. С. 24.

22. Степанцова Л.В. Некоторые особенности переувлажненных почв севера Тамбовской рав-НИНЫ.//С6. статей межд. науч-практ. конф. Кн. 1. Барнаул, 2005. С. 127-130

23. Трунов И.А., Степанцова Л.В. Влияние типа и степени гидроморфизма на морфологические и водно-физические свойства лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины.// Сборник науч. тр. 4.1. Воронеж, 2005. С. 101-107.

24. Сафронов С.Б. Степанцова Л.В., Гришутина Т.Н., Особенности химического состава лугово-черноземных почв севера Тамбовской paBHHHbi//Materialy II medzynarodovvej naukowe-praktycznej kofereneji «Wyszta, cenie i nauka bez granic - 2005». Tom 18 Ekologia, Geografía 1 geología, Przemysl - Praha, 2005, p 26-28.

25. Сафронов С.Б., Степанцова Л.В., Леликова Е.И., Красин В.Н. Оценка различных методов определения доступного растениям фосфора на переувлажненных лугово-черноземных почвах Тамбовской равнины // Вестник МичГАУ. Мичуринск, 2006. №1. С. 85-89

26. Степанцова Л.В., Красин В.Н. Особенности водного режима черноземовидных почв замкнутых депрессий севера Тамбовской равнины // Мат. Всерос. научн. конф., Санкт-Петербург, 2006.С. 103.

27. Степанцова Л.В. Сафронов С.Б. Красин В.Н. Фракционный состав фосфора переувлажненных черноземовидных почв лесостепи // Мат. Межд. науч-практ конф Санкт-Петербург, 2008. С. 110-111

28. Сафронов С.Б. Степанцова Л.В. Некоторые особенности почв открытых лощин водоразделов севера Тамбовской области // Русский чернозем. Юб. Сб. науч. работ. Воронеж, 2007. С 260-265

29. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Красина Т.В. Некоторые особенности почв западин севера Тамбовской области и возможности их фитомелиорации // Русский чернозем. Юб. сб.науч. работ. Воронеж, 2007. С. 221-226

30. Красин В.Н. Степанцова Л.В. Красина Т.В. Оценка масштабов переувлажнения почв на территории Первомайского района Тамбовской области // Материалы V съезда Всеросс. общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов-на-Дону, 2008. С.419-420

31. Степанцова Л.В. Сафронов С.Б. Никифорова A.C., Красин В.Н. К характеристике орт-штейнов черноземовндных почв западин севера Тамбовской равнины // Материалы V съезда Всеросс. общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Ростов-на-Дону. 2008. С.416

32. Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. К характеристике фосфатного состояния черноземовндных почв грунтового увлажнения // Вестник МичГАУ. Мичуринск, 2008. №2. С. 28-34

33 Степанцова Л.В., Красин В.Н., Сафронов С.Б., Никифорова A.C. Морфологические особенности карбонатных новообразований выщелоченных черноземов и черноземовндных почв Тамбовской равнины и их диагностическое значение// Бюлл. Московского общества испытателен природы. Отдел Биологический. Т. 114, вып. 2009 Прил. 1 Ч. 2. С.384-393

34. Степанцова Л.В., Красин Н.В., Сафронов С.Б. Особенности фракционного состава гумуса черноземовндных почв поверхностного и грунтового увлажнения севера Тамбовской равнины в связи с их диагностикой и сорбцией фосфора в ортштейнах // Труды V Всеросс. конф. Ч. 2. Спб. 2010. С. 654-660

35. Степанцов В.О. Степанцова Л.В. Эколого-гидрологическпе особенности переувлажненных почв северной части Тамбовской равнины. Информ.листок, №70-012-01, ГУ-Тамбовский центр НТИ, Тамбов, 2000, 2с.

36. Степанцова Л.В. Черноземные и лугово-черноземные почвы севера Тамбовской равнины.// Мат. 40-ой науч. конф, молодых уч. Пенза, 2001, с. 40-42.

37. Пугачев Г.Н, Захаров В.Л., Степанцова Л.В. Некоторые особенности луговато-черноземных почв интенсивного опытного сада ВНИИС имени И.В. Мичурина,// Мат. на-уч-практ. конф. Мичуринск, 2004г, с 74-76

38. Степанцова Л.В. Динамика содержания Fe2+ в лугово-черноземных почвах замкнутых понижений в 2003 году. // Мат. науч-практ. конф. Мичуринск, 2004г, с 77-79

39. Трунов И.А., Степанцова Л.В. Влияние типа и степени пироморфизма на морфологические особенности лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины.// Мат. науч-практ. конф. Мичуринск, 2004г, с 79-82

40. Степанцова Л.В., Бабич H.H. Трансформация соединений железа в выщелоченном чернозем в зависимости от срока затопления // Мат. науч.практ.конф. Мичуринск, 2004. С. 85-87

41. Степанцова Л.В. Плотные конкреции черноземных и лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины // Мат. науч.-практ. конф. Мичуринск, 2004. С. 210-212

42. Никифорова A.C., Степанцова Л.В. Агрегатный состав выщелоченного чернозема и лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины.// Тр. всеросс. конф.: Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации. Москва, 2003. С. 94-96

43. Степанцова Л.В. Диагностические признаки лугово-черноземных почв различной степени гилроморфизма севера Тамбовской равнины // Мат.конф. Вып. 2, Краснодар, 2003, С. 131133

44. Степанцова Л.В. Лизиметрическое устройство для обрабатываемых просадочных почв.// Мат. междун. науч-практ. конф. молодых ученых .4. 2 Мичуринск, 2000. С. 111-112.

45 Степанцова Л.В. Водно-физические свойства гидроморфных черноземных почв северной част Тамбовской равнины // Мат. межд. науч-практ. конф. молодых ученых. Ч 2 , Воронеж, 2001, с 82-84.

46. Степанцова Л.В. Влияние типа и степени гидроморфизма на структуру лугово-черноземных почв севера Тамбовской низменности // Мат. межд. науч. конф. Воронеж, 2004, с. 308-311

47. Степанцова Л.В., Пугачев Г.Н., Захаров В.Л. Особенности черноземных почв Всероссийского НИИ садоводства им. И.В. Мичурина Мичуринского района Тамбовской области // Межд. науч-практ. конф. Пенза, 2004, с.43-45.

48. Степанцова Л.В. Фракционный состав минерального фосфора выщелоченного чернозема и лугово-черноземных почв поверхностного увлажнения севера Тамбовской низменности. // Сб. мат. межд. научн-практ. конф. Пенза, 2005г, С181-183

49. Никифорова A.C., Степанцова Л.В. Содержание несиликатных форм железа в выщелоченном черноземе и лугово-черноземных почвах различного типа и степени пироморфизма севера Тамбовской низменности // Тез. докл. конф. «Биосферные функции почвенного покрова». Пущино, 2005, с. 69

50. Степанцова Л.В., Красин В.Н. Влияние эколого-гидрологических особенностей выщелоченных черноземов и лугово-черноземных почв севера Тамбовской низменности на поглощение фосфора, вносимого с удобрениями, в условиях модельного опыта // Мат, Все-росс. конф. молодых ученых. Красноярск, 2005. С. 172- 175

51. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Влияние эколого-гидрологических особенностей переувлажненных почв севера Тамбовской области на поглощение фосфора, вносимого с удобрениями// Мат. 39 межд. научн. конф. (ВНИИА). Москва, 2005. С. 323-326

52. Степанцова Л.В. Фракционный состав гумуса выщелоченного чернозема и лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины // Мат. межд. научн. конф. Иркутск: ИЗД-во ИрГСХА, 2005. С. 100-102

53. Степанцова Л.В., Каверин Е.В. Морфологические особенности и химические свойства и переувлажненных лугово-черноземных почв севера Тамбовской области// Мат. третьей Вееросс дистан научн-практ. конф. Персиаиовский, ДонГАу, 2005. С. 41-43

54. Даргель О.В., Степанцова Л.В. Трансформация химических свойств выщелоченного чернозема при грунтовом и поверхностном увлажнении.// Мат. третьей Всеросс. дистан научн-практ. конф. Персиаиовский, ДонГАу, 2005. С. 9-11

55. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Некоторые особенности фосфатного режима переувлажненных лугово-черноземных почв севера Тамбовской равнины Н Мат. межд. научн-практ. конф. Пенза: РИО ПГСХА, 2005. С.¡8-21

56. Степанцова Л.В. Влияние эколого-гидрологических условий выщелоченного чернозема и лугово-черноземных почв различного типа и степени гидроморфизма севера Тамбовской области на их морфологические особенности.// Мат. науч-практ. конф. Изд-во ВПО Мич-ГАУ, 2004, с. 195-199

57. Степанищев И.В., Степанцова Л.В. влияние почвенных условий на степень отзывчивости клевера сходного на фосфор удобрений в условиях Тамбовской области // Труды 1 межд. форума. Ч. 23. Самара, 2005.С.81-83

58. Трунов H.A. Степанцова Л.В. Проблема переувлажнения черноземных почв севера Тамбовской равнины // Тр. КубГАУ. Краснодар, 2005.Вып.4. С. 247-252

59. Красин В.Н. Степанцова Л.В, Влияние типа и степени гидроморфизма лугово-черноземных почв севера Тамбовской области на динамику содержания доступного растениям фосфора, вносимого с удобрениями// Экология и почвы. Лекции и доклады Х111 Всероссийской школы. Т. V. Пущино, 2006. С. 136-143

60. Иванова O.E., Степанцова Л.В. Влияние типа и степени гидроморфизма лугово-черноземных почв севера Тамбовской области на динамику содержания двухвалентного железа, подвижного фосфора и микробиологическую активность// Экология и почвы. Лекции и доклады XIII Всероссийской школы. Т. V. Пущино, 2006. С. 121-126

61. Степанцова Л.В., Красин В.Н. Оценка данных, полученных при анализе свежих и высушенных образцов, в условиях моделирования режима увлажнения на черноземных почвах различной степени гидроморфизма// Тр. Всеросс. конф. «Экспериментальная информация в почвоведении: теория и пути стандартизации». Москва, 2005. С. 73-75.

62. Сафронов С.Б., Степанцова Л.В., Красин В.Н. Сравнительная оценка методов определения подвижного фосфора по Чирикову и Олсену на переувлажненных почвах севера Тамбовской равнины // Сб.мат. науч-прак конф. Пенза: РИО ПГСХА, 2006. С. 14-15

63. Степанцова Л.В., Красин ВН., Сафронов С.Б. Проблема переувлажнения черноземных почв севера Тамбовской равнины // Инновации в сельском хозяйстве. Сб.матер. науч-прак конф. Пенза: РИО ПГСХА, 2006. С.15-16

64. Сафронов С Б., Степанцова Л.В., Лелекова Е.И. Активность пероксидазы в наземных органах проростков озимой ржи - как индикатор почвенных условий // Мат. Межд. научн. конф. Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2006. С.430-432

65. Сафронов С.Б.. Степанцова Л.В., Лелекова Н И., Красин В.Н. Оценка содержания подвижного фосфора разными методами в черноземе выщелоченном и почвах депрессий севера Тамбовской низменности // Мат. межд. науч. конф. РГУ. Ростов-на-Дону, 2006, С. 369-370

66. Степанцова Л.В.. Красин В.Н., Сафронов С.Б. Некоторые особенности экологии переувлажненных почв черноземного ряда севера Тамбовской равнины // Мат. межд. научн. конф. РГУ. Ростов-на-Дону, 2006. С. 403

67. Степанцова Л.В., Сафронов С.Б., Красин В.Н. Миграция фосфора в переувлажненных черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины// «Геохимия биосферы»: Докл. Межд научн. конф. Москва. Смоленск: Ойкумена, 2006. С.346-348

68. Красин В.Н. Степанцова Л.В.Сафронов С.Б. Влияние режима увлажнения на доступность растениям фосфора в черноземовидных почвах, открытых и замкнутых депрессий водоразделов // Мат. научн-практ. конф. Перснановский. ДонГАУ, 2006. С. 18-22

69. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Влияние степени пироморфизма лугово-черноземных почв на доступность растениям фосфора удобрений // Мат. межд. науч.-практ конф. Владикавказ. 2006. С. 75-78

70. Сафронов С.Б., Степанцова Л.В., Лелекова Е.И. Некоторые аспекты определения подвижного фосфора по методу Чирикова на выщелоченном черноземе и лугово-черноземных почвах// Материалы межд. науч.-практ. конф. Владикавказ, 2006, С. 17-20

71 Волохнна В.П., Мананннкова Н.Ю., Степанцова Л.В. Вынос кальция, магния и железа из выщелоченного чернозема и переувлажненных черноземовидных почв севера Тамбовской равнины в условиях модельного опыта // Мат. научно-практ. конф. Персиановский, ДонГАУ, 2006. С. 17-18

72. Красин В.Н. Красина Т.В., Степанцова Л.В. Влияние переувлажнения почв черноземного ряда севера Тамбовской равнины на содержание подвижных форм фосфора и его доступность растениям //Труды 2-го Межд. форума молодых уч. 4.43. Самара2006г, С. 186-188.

73 Степанцова Л.В., Красин В.Н. Диагностика и агроэкологическая оценка переувлажненных почв севера Тамбовской равнины // Мат. науч.-практ.конф. Мичуринск: Изд-во МичГАУ 2007. С. 265-272

74. Сафронов СБ.. Степанцова Л.В., Березина Л.М. К характеристике методов определения подвижного фосфора в черноземовидных почвах различных элементов рельефа севера Тамбовской области // Мат. межд. научн. конф. «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» - СПб, 2007, С. 497-499.

75. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Сафронов С.Б. Некоторые особенности почвенного покрова депрессий севера Тамбовской равнины// Мат. межд. научн. конф. «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» -СПб. 2007, С. 346-348.

76. Сафронов С.Б. Степанцова Л.В. Гумусное состояние переувлажненных черноземовидных почв - как показатель почвенного плодородия// Мат. межд. науч-практ. конф. Санкт-Петербург, 2008. С. 106-107

77. Степанцова Л.В. Красин В.Н., Красина В.Н. Проблема деградации черноземов Тамбовской области в условиях переувлажнения // Мат. межд. научн. конф. Саранск. Изд. Мордовского университета, 2008. С. 285-286

78. Красин В.Н., Сафронов C.B., Степанцова JT.B. Диагностика и агроэкологическая оценка переувлажненных почв севера Тамбовской равнины // Мат. межд. научн. конф. Саранск. Изд. Мордовского университета, 2008. С. 388-390

79. Степанцова Л.В. Красин В.Н. Диагностика и агроэкологическая оценка переувлажненных черноземовидных почв замкнутых западин севера Тамбовской равнины // Мат. науч-практ. конф. Изд-во МичГАУ. Мичуринск, 2009. С. 41-47

80. Степанцова Л.В., Красин В.Н., Королев В.А., Рыжков П.И., Красина Т.В. Использование коэффициента оптической плотности для картирования почвенного покрова// Мат. все-росс. конф. Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2009. С. 98-106

81. Красин В.Н., Степанцова Л.В., Красина Т.В. Карбонатные конкреции черноземовидных почв юга Тамбовской равнины //Отражение био-, reo-, антропосферных взаимодействий в почвенном покрове: Сб. мат. IV Всеросс научн. конф. Пущино, 2010. С.138-141

Отпечатано в издательско-полиграфическом центре МичГАУ

Подписано в печать 28.11. {I г. Формат 60x84 / к,, Бумага офсетная № I. Усл.печл. 2,5 Тираж 150 экз. Ризограф Заказ № 16731

Издатедьско-пол «графический центр Мичуринского государственного аграрного университета 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101, тел. +7 (47545) 5-55-12 Е-гааП: vvdem@mgau.ru

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Степанцова, Людмила Валентиновна

Введение

1 .Состояние проблемы

1.1. История изучения переувлажненных Ьочв Тамбовской низменности

1.2. Причины, масштабы и влияние переувлажнения на свойства черноземных почв

1.3 Классификация переувлажненных почв черноземной зоны

1.4. Диагностика переувлажненных почв черноземной зоны

1.5. Влияние переувлажнения на свойства черноземов

2. Цели и задачи исследований 2|

3. Характеристика объектов исследований

4. Методы исследований

5. Физические свойства

5.1. Гранулометрический состав

5.2. Плотность почв, плотность твердой фазы, общая пористость, пористость аэрации, гидрологические коцстанты, коэффициент фильтрации

5.3. Структура почвы

5.4. Поровое пространство

6. Элементы гидрологического режима и продуктивность сельскохозяйственных культур , 80(

6.1. Элементы гидрологического режима и продуктивность сель- 1 скохозяйственных культур на черноземе выщелоченном и чер-ноземовидных почвах открытой лощины поверхностного ув- 1 лажнения и заболачивания

6.2. Элементы гидрологического режима и продуктивность сельскохозяйственных культур на черноземовидных почвах замкнутой депрессии поверхностного увлажнения и заболачивания

6.3. Элементы гидрологического режима и продуктивность сельскохозяйственных культур на черноземо'видных почвах надпойменной террасы грунтового увлажнения и заболачивания

6.4. Влияние сельскохозяйственного использования на агрофизические свойства черноземовидных почв

6.5. Эколого-экономический расчет целесообразности осушения

6.6. Оценка агрофизических особенностей, гидрологического режи- ; ма, продуктивности и целесообразности осушения черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения и забо- i лачивания

7. Диагностика степени гидроморфизма почв по морфологическим признакам, новообразованиям и химическим особенностям

7.1. Макроморфологическая характеристика почв

7.2. Новообразования

7.2.1. Карбонаты

7.2.2. Марганцевые вкрапления и пятна ожелезнения

7.2.3. «Скелетаны» и глинистые кутаны

7.2.4. Ортштейны 182 7.3. Химические свойства

7.3.1 .Валовой состав почвы

7.3.2. Кислотность, обменные основания, емкость катионного обмена

7.3.3. Фракционный состав гумуса

7.3.4. Содержание различных форм железа

7.3.5. Содержание элементов питания

7.3.6. Фракционный состав фосфора

7.3.7. Динамика фракционного состава фосфора и содержания подвижных форм фосфора и железа

7.3.8. Химический состав новообразований

7.3.8.1. Карбонатность и химический состав карбонатных конкреций

7.3.8.2. Химический состав ортштейнов

7.3.8.2.1. Валовой химический состав ортштейнов

7.3.8.2.2. Содержание различных форм железа и марганца в ортштейнах

7.3.8.2.3. Фракционный состав фосфора ортштейнов

7.3.8.2.4. Особенности концентрации фосфора и железа в ортштейнах черноземовидных почв поверхностного и грунтового заболачивания

8. Количественная диагностика степени гидроморфизма

8.1. Возможность использования критерия Швертманна для диагностики переувлажненных черноземовидных почв

8.2. Коэффициент заболоченности

8.3. Коэффициент увлажнения и заболоченности черноземовидных почв по соотношению оптической плотности различных вытяжек

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Агрофизические свойства, гидрологический режим и диагностика черноземовидных почв севера Тамбовской низменности"

Черноземы привлекли внимание многих выдающихся почвоведов и агроно1 мов уже на заре зарождения генетического (почвоведения (Афонин, 1771; Борисяк, 1852; В.В. Докучаев, 1883; Рупрехт, 1866, Костычев, 1886; Мурчисон, 1842, 1843; Отоцкий, 1901; Эверсман, 1840; Гюо, 1842; Petzgold, 1851; Эйхвальд, 1850; Wangenheim, 1853; Романовский, 1863; Orth, 1878 и др.). В ХХв. черноземам были по' ' i священы работы В.Р. Вильямса (1950), В.А. Францессона (1963), Е.А. Афанасьевой (1966), А.Ф. Большакова (1961), В.А. Ковды и Е.М. Самойловой (1966)^ др.'

Внимание к черноземам обусловлено их уникальным плодородием. Занимая в России всего 7% ее территории, он дает по данным 2000г около двух третьей ее сельскохозяйственной продукции (Крупеников, 2005). Земледельческое ос' j воение территории'Центрального Черноземья началось приблизительно 200 лет назад. За этот период в результате распашки естественная степная растительность была практически полностью уничтожена (Щербакова, Васенев, 2003). За этим последовало стремительное развитие дегумификации, эрозии и уплотнения (Бонi ii 1 дарев и др., 2004; Кузнецова, 1990, 2004; Поздняк С.П., 2004; Булгаков и др.; 2004; Титова, Травникова 2000; Щербаков, Васенев, 1999; Геннадиев и др., 2005). И.А! Крупеников (2005) отмечает: «чернозем очень долго держался, не получая должной защиты в условиях рискованных севооборотов.

Среди статей о деградации черноземов можно выделить работы, посвящен] ные их переувлажнению (Калиниченко и др., 1997; Хитров, Назаренко, 2000; Во I робьева и др., 2002; Евдокимова, Тишкина, 1999 и др.). При изменении водного режима с автоморфного на застойно-промывной под влиянием оглеения происходит существенная трансформация свойств почв (Зайдельман, 1998). В степных

1 U, , , черноземах богатых органическим веществом эти процессы протекают очень1'интенсивно, черноземы деградируют в мочары, происходит их слитизация, осолон-цевание, подщелачивание, засоление. В лесостепной зоне заболачивание в условиях застойно-промывного водного режима ведет к формированию черноземо-видных почв с кислыми осветленными горизонтами (Зайдельман и др., 2002, 2006, 2007). I

Однако до настоящего времени бытует мнение, что в противоположность

I' таежной зоне для лесостепи и степи характерен однородный почвенный покров с преобладанием автоморфных черноземов. Гидроморфные почвы черноземного , I ряда в настоящее время остаются одними из менее изученных почв России. , | 1

По нашим наблюдениям и официальным данным (Доклад1 о состоянии! при- Л ] Ч' ¡1! родной ., 1997, 2001, 2007) на территории севера Тамбовской равнины гидро- ''

I I морфные аналоги черноземов широко представлены. В отдельных районах (ПерI вомайский, Петровский) они составляют основной фон почвенного покрова.,Но ] даже при их незначительной площади, они по водному режиму, продуктивности, агрофизическим свойствам существенно отличаются от окружающих их чернозе11 мов и определяют агроэкологическую обстановку территории. Вовлечение их в

1 'I полевые севообороты ведет к недополучению урожая, непродуктивным затратам • времени, поломки сельскохозяйственной техники, ухудшению агрофизических ,

1 | свойств почв. Из-за отсутствия необходимых исследований и рекомендаций по1 их У |

I'11 использованию в естественном состоянии и целесообразности мелиорации, поля, '' где черноземовидные почвы занимают более 10%, часто выводятся из севооборотов и зарастают сорной растительностью.

В этой связи актуальнейшей задачей сельскохозяйственного производства является разработка на основе многолетних режимных наблюдений и оценки | урожайности сельскохозяйственных культур морфологических и количественных критериев диагностики почв и рекомендаций по их использованию в естественном состоянии и мелиорации. Это особенно важно, так как в последние десятилетия происходит перестройка агропромышленного комплекса, 'внедрение новырс),! 1 технологий. 1

1 Решению этой задачи мешают объективные причины. В настоящее время практически повсеместно ликвидированы почвенные, почвенно-мелиоративные >

1 ' 1 службы, ранее отвечавшие на запросы практики земледелия, мелиорации, лесного хозяйства (Добровольский, Зайдельман, 2005). Второй аспект - классификацион I ный. В «Классификация почв СССР» (1977), построенной по эколого-генетическими принципам существовала неоднозначность полевой диагностики типов и, особенно, подтипов лугово-черноземных почв, которые выделялись1 исI ключительно по современному водному режиму. Помимо классификации 1977года в каждом регионе разрабатывалась своя собственная региональна^ сисi| i * — 'и i | тематика для составления крупномасштабных карт. Не решена проблема полевой . I диагностики гидроморфных почв черноземного ряда и в новой «Классификация почв России» (2004) на субстантивно-генетической основе. В ней так же отсутствуют реально существующие и широко распространенные на территории Тамбовской равнины почвы. ' В настоящей работе представлены новые сведения о морфологии, генезисе!, свойствах переувлажненных черноземовидных почвах севера Тамбовской равнины, урожайности сельскохозяйственных культур в годы различной влажности, I рассмотрены вопросы диагностики, предложены новые методики полевой |диаг-м

I II !|1

I ч ностики и количественные критерии оценки их агроэкологического состояния. Изучены макро- и мезоморфологические особенности и химический состав карбонатных и железо-марганцевых конкреций. Выявлено их диагностическое значе- 1 I ние для оценки гидрологического режима и агроэкологического состояния чернозема выщелоченного и черноземовидных почв. Для выявления причин резкого" дефицита фосфора в переувлажненных черноземовидных почвах был изучен фракционный состав и динамика содержания подвижных соединений фосфора в I годы разной влажности на черноземе выщелоченном и черноземовидных почвах. 1 I

Предложены системы мероприятий по рациональному сельскохозяйственному,, и I к .я

I 1 использованию черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения I в естественном состоянии и обоснована целесообразность применения мелиоративных мероприятий на основе оценки их эколого-экономического состояния.

МГУ им. М.В. Ломоносова за поддержку и замечания. Особую признательность автор выражает старшим преподавателям С.Б. Сафронову и В.Н. Красину за помощь в полевых и лабораторных исследованиях. , i I , i i i ч ■ ii I 'I , Ii, I, , I

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1 il ,, 1

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Степанцова, Людмила Валентиновна

ВЫВОДЫ

1. Агроэкологические особенности сельскохозяйственных территорий ра Тамбовской равнины определяются наличием в почвенном покрове черноземоI видных почв поверхностного и грунтового увлажнения, резко отличающихся > по '1 1 особенностям водного режима и агрофизическим свойствам от окружающих черi1 i ь fo I

I' I ноземов выщелоченных. ] '' 1 i

2. Заболачивание кислыми атмосферными водами ведет к ухудшению arpoj физических свойств - увеличению плотности, уменьшению пористости, в первую *1 i !' i очередь межагрегатной, снижению структурности, образованию глыбистых arpe-, i i I' ч1

ITi ll' 4

II гатов и резкому снижению коэффициента фильтрации, элювиальной дифферен

I Ж1 циации по илу. При заболачивании грунтовыми водами в почве формируется водопрочная зернистая структура и благоприятные агрофизические свойства, высо- ^ кие коэффициенты фильтрации. I

3. Черноземовидные оподзоленные и подзолистые почвы депрессий водо- ¡' ' I

разделов в сухие по зимним осадкам годы находятся, как и выщелоченный черно-1 < зем в автоморфном режиме, в средние и влажные - в верхнем метре их профиля ;|

I И ' 1 I" от 2-3-х недель до 2-х месяцев застаивается верховодка. Водный режим чернозе-',' д мовидных глееватых и глеевых почв надпойменных террас определяется высоким | ; | уровнем грунтовых вод. Продолжительность весеннего застоя влаги в верхних'тт ,,1 ,,

II , ¡ 4 44 ризонтах составляет в зависимости от влажности года от 1-2 недель до 1,5(Меся

I , цев - в черноземовидной слабооглеенной почве и до 3-4 месяцев - в черноземо

1 ь I | видных глееватой и глеевой почвах. | > I И|

4. Застой атмосферных вод, насыщенных кислородом в верхних горизонтах 1|1' I черноземовидных почв водоразделов ведет к падению ОВП до +150тУ при сво-1] и.

I ' I бодном оттоке воды, идо +50тУ - при затрудненном. В условиях чередований ' и

I I I л ¿Л н, ]' кратковременных восстановительных и продолжительных окислительных уело-;" И'«,

I . V вий формируются черноземовидные почвы с кислыми оподзоленными и подзоли-1 « | стыми горизонтами. Продолжительный застой влаги в нижних горизонтах ^черноземовидных почв низких надпойменных террас и постоянная капиллярное увлаж1I i ii )1>ь (i. и | 1

314 i , •»1 «i

1 i а 4| I г 1 í¡> 1 ненце - верхних определяют глубокие восстановительных условия (ОВП — (-200)шУ) и образование глееватых и глеевых горизонтов. и,И 1 г 14 ■< = * и

5. Неконкреционные карбонатные новообразования выщелоченного черно- ;; i.'-' (1; зема представлены игольчатыми и волокнистыми формами. Твердые недиффе]-'1 ренцированые конкреции имеют пористую поверхность. Дополнительное поверх-' м ностное увлажнение черноземовидной выщелоченной почвы ведет к появлению;! jl't! натечных и зернистых форм карбонатов и дифференциации конкреций на хруп, г; i ¡»1 кую с кавернами корочку и плотное стекловидное ядро. Почвы более высокой. Г

114!!® степени гидроморфизма на водоразделе отмыты от карбонатов. Неконкреционные,

Ц#

Iji. H^í-'i-til формы в черноземовидных почвах грунтового увлажнения представлены натеч- у ным кальцитом. Угловатые конкреции с марганцевыми и железистыми вкрапле-;j - гv ниями фиксируют наиболее часто встречающийся уровень грунтовых вод. i; í: .-¡i'11 ' ! '!' kf ¡l^'-íi!

6. Оглеение в условиях застойно-промывного режима ведет к формированию в черноземовидных почвах новообразований не характерных для чсрноземор:. ¿ марганцевых вкраплений, угловатых ортштейнов, «скелетан», глинистых и 'iyitfyjfí?. ш, сово-глинистых кутан - при поверхностном увлажнении, округлых ортштейнов, ; ; , марганцевых вкраплений и железистые вкраплений - при грунтовом. И ,¡1;!,.,,.

7. При поверхностном и грунтовом заболачивании в ортштейнах чернозе

3 >i,¡, мовидных почв аккумулируются Мп, Р и Бе. С нарастанием степени гидроморфизма коэффициент накопления Мп снижается, а Бе возрастает. В конкрециях-I .ь

• I ¡' '■'г1 "I: '.'-!! ■ И.[ -кпочв с современным контрастным застойно-промывным водным режимом преоо- ■ ладает «аморфное» железо и активный минеральный фосфор, а в конкрециях почв1! ^Нт с редким или длительным застоем влаги «окристаллизованное» железо и прррг;^|| носвязанный фосфор. «Органический» фосфор накапливается в ортштейнах толь^ ^ ^ ко при поверхностном увлажнении. 11 '1 | •■]

8. Для чернозема выщелоченного и черноземовидной выщелоченной^почвы характерно равномерное распределение 8Ю2 и Я203 по профилю. При повсрхно-стном заболачивании в условиях контрастного застойно-промывного водного ,ре- ■! жима в черноземовидных оподзоленных почвах верхние горизонты обедняются ] ге за счет вымывания их поверхностными водами, а в черноземовидных гюдзоли-: гг: ■ ¿^Г

• ■ 1 ''•« И аъ ! .315. I

1 ''1 I стых - Бе, Мп, Са, Mg и А1. При грунтовом заболачивании дифференциация вы-' ¡' ражена слабее. Из-за диффузии железа к поверхности и аккумуляции в Не-Мп | ■■' конкрециях глееватые и глеевые горизонты черноземовидных почв обеднений!;;^ этим элементом. В черноземовидных почвах поверхностного и грунтового увлаж- •"

I М!Ч "I 1 нения с ростом степени гидроморфизма в почвах уменьшается содержание окри-т:

Я ''¡и'-«.-,.

Мл & сталлизованных форм железа и увеличивается - аморфных. Более интенсивно ;^

N11'!' этот процесс протекает в условиях замкнутых депрессии.

I ' ; I? ,

9. Черноземовидные почвы поверхностного увлажнения и заболачивания отлича- ! | ются от окружающих их черноземов выщелоченных повышенной кислотностью и ! . |

Ч | ЧчЧ'

СТ Г>Г» . ' |1 ■ " 14

И' „¡I 1 обеднением основаниями. Черноземовидные почвы грунтового увлажнения со: храняют нейтральную реакцию и полностью насыщены основаниями. В составу обменных оснований преобладает кальций. Натрий отсутствует в почвах поверх- Г; ностного увлажнения, содержание его в почвах грунтового увлажнения менее ^ щ 0,3% от ККО.

I г

10. Черноземовидные почвы поверхностного и грунтового увлажнения!

I I':заболачивания, как и чернозем выщелоченный, характеризуются гуматным типом органического вещества верхних горизонтов. В оподзоленных и подзолистых |го- : , • ризонтах при поверхностном заболачивании и в глееватых и глеевых - при грун-- | товом резко снижается содержание органического вещества, и увеличивается в -его составе доля фульвокислот. При поверхностном заболачивании в составе гуг1' ' -;^ миновых и фульвокислот по сравнению с выщелоченным черноземом увеличиват ,;1Г':| ется доля I фракции, связанной с полуторными окислами, а при грунтовом Т], связанной с кальцием. 1! - I ''

11. В выщелоченном черноземе фосфаты представлены органическими

1] единениями и фосфатами кальция. В кислых черноземовидных почвах поверхно- ^ со-г. "•

I''¡''

Й] .-И"- .¡к!:г; ! ■'> ^ I I стнс)го увлажнения и заболачивания при свободном оттоке воды происходит вымывание фосфатов железа и сорбция их органическим веществом. При затруд- .1. ненном оттоке фосфаты железа накапливаются в мелкоземе и в ортштейнах: В р ;-; черноземовидных почвах грунтового увлажнения среди «минеральных» фосфатов1! >; преобладают фосфаты кальция, содержание фосфатов железа и органического - [ фосфора снижается. ! : li-íféí

12. В качестве количественной характеристики :жолого-гидрологические

И!,3" L особенностей черноземовидных почв поверхностного и грунтового заболачиванияJ [Ш севера Тамбовской равнины можно использовать степень окристаллизовапностаы ! несиликатного железа (критерий Швертманна), состав железо-марганцевых конкреций (коэффициент заболоченности по Зайдельману и Оглезневу) и качествен- I ,■'■[■■ i''ír'М ный состав гумуса (критерий переувлажнения и заболачивания черноземовидных ! почв). Критерий Швертманна применим только при поверхностном увлажнении и заболачивании, коэффициент заболоченности - только для почв, в профиле ко- ; : торых присутствуют ортштейны. Предложенный критерий переувлажнения болачивания черноземовидных почв в можно использовать для диагностики arpo- ; j iijíí. почв , ! | , v iííí'' экологического состояния выщелоченного чернозема и черноземовидных |

1 ч поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания. V

13. На основе многолетнего изучения гидрологического режима, продуктивности и морфологии черноземовидных почв разработана количественная ди- : агностика степени их гидроморфизма для условий севера Тамбовской равнины и : оценка целесообразности их осушения при различном сельскохозяйственном ис'-Ь , ! I ' 1. . . . Ь' . пользовании. }: Чч i, 'HÍ. s¡, 1

Н1

I »1 я р' Г

1 II1

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА г

Предложены рекомендации по использованию черноземов и чернозфю- 1/? Nl.lL. ь! видных почв в практике земледелия Тамбовской низменности с учетом степени

I!' И их гцдроморфизма и агрофизических особенностей (табл. 72): | ' 1 '

1.1. Чернозем выщелоченный и черноземовидную выщелоченную почву во- ! • I 1 |

Г - ! ! I I! дораздела следует использовать для выращивания любых районированных куль- I 1 I тур без дренажа. В этом случае целесообразно орошение овощных и плодовыми | ¡¡у культур в засушливые и сухие годы; ' I |

1,1 «

1.2. Черноземовидные оподзоленные глееватые почвы без дренажа можно использовать только под озимые зерновые и многолетние травы. С целью оптимизации водного режима следует отказаться от зяблевой вспашки. На таких1 почт, г и Лвах орошение нецелесообразно. При использовании этих почв в полевых севообо-;

I "'Г ротах необходим выборочный дренаж в сочетании с известкованием. (

1.3. Черноземовидные подзолистые глееватые почвы в естественном со- I

1 I ц '! стоянии пригодны только для возделывания многолетних трав. Выборочный за- I крытый дренаж в сочетании с известкованием целесообразен, если вымочки ме-1 ''

1 <! шают движению техники и нормальной обработки. | ц ! |) |

1.4. На черноземовидной слабооглеенной почве грунтового увлажнения воз-" -М»^ можно получение высоких урожаев озимых зерновых культур. Однако при этом ,

Ф1, следует избегать осенней зяблевой вспашки. При вовлечения эт^х почв в полевые, ¡1 севообороты целесообразен систематический дренаж. ^^ |

НИМ1 I Ч ,

1.5. Черноземовидные глеевую и глееватую почвы в условиях естественного ' 1

1 1 I водного режима можно использовать только для размещения естественных сено- I 1 И 1 |1 косов. Выборочный или систематический дренаж этих почв окупается через 2- !1 1

Згода. Его проведение позволит использовать их в полевых севооборотах. Ч< 1 ,

I ' I

2. На переувлажненных черноземобидных оподзоленных и подзолистых и т | (I* ,1 я глееватых почвах поверхностного увлажнения и заболачивания необходимо \ дробное внесение фосфорных удобрений, из-за опасности их ретроградации.

3. При крупномасштабном картировании, рекогносцировочных исследова

Яч; ниях и для уточнения почвенных границ в качестве количественного критерия] I,!' I I I >

318 ,' I,

I |

I | > Ц , >! 1 Ч 1 м степени переувлажнения и заболачивания черноземовидных почв может быть» ис

1 ' ' пользован предложенный нами метод диагностики степени гидроморфизма почв,

Р м'У основанный на отношение оптическои плотности щелочной вытяжки к оптической плотности щелочной пирофосфатной. Не проводя измерений, только по .'две,ту щелочной вытяжки можно дать предварительную экспресс-диагностику и агл. 1.< роэкологическую характеристику чернозема выщелоченного и черноземовидных , , почв (табл. 71). '

И' г

1Я

Ш> ЩГ. I 1 и ! : I т I'"!

• ч' ■ !Г :!, V , •.

I ¡У:.;!;!" ■ 1 ,

I' ' м.гН,;. 1!1 1 ш ш

М1 ф!! '¡I'

•■ I 1*.,, :' !> ч; П

И . .1 .!

I I М.ПГ:'Т ¡У;! Ж

И Н Я-'

•;И ' '¡Р.-■ (Г . ' 1 • .¡., ' ' " I ! '.

1 :МИ М : ц. и - г1!>.„ , , 11-г il.--.i-. ¡»и;

1 Н Г» ) н

I i ||

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение агрофизических свойств, морфологических и химических особенностей чернозема выщелоченного и черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания севера Тамбовской равнины, многолетние режимные исследования их гидрологического режима и оценка урожайности сельскохозяйственных культур в годы различной обеспеченности осадков позволили нам:

1) Дать оценку влияния нарастающего в пространстве гидроморфизма при поверхностном и грунтовом увлажнении и заболачивании на агрофизические свойства (табл.71), морфологические (табл. 28-29) и химические особенности черноземовидных почв (табл. 72);

2) Разработать рекомендации по их рациональному использованию в естественном состоянии и обосновать целесообразность проведения осушительных мероприятий (табл. 73);

3) Разработать для использования в почвенно-картографической, агрономической и мелиоративной практике новую методику количественной полевой диагностики черноземовидных почв севера Тамбовской равнины по макроморфоло-гическим и мезоморфологическим критериям (табл. 28 и 29)

4) Предложить новый количественный показатель степени переувлажнения и заболоченности - критерий переувлажнения черноземовидных почв по отношению оптической плотности различных вытяжек из гумусовых горизонтов. Разработать его градации для черноземовидных почв поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания (табл.73).

Широко распространенные, наряду с черноземом выщелоченным, чернозе-мовидные почвы поверхностного и грунтового увлажнения и заболачивания определяют агроэкологические особенности сельскохозяйственных территорий северной лесостепи Тамбовской равнины. Черноземовидные оподзоленные и подзолистые глееватые почвы поверхностного увлажнения и заболачивания располагаются пятнами на водоразделах среди выщелоченных черноземов и приурочены к открытым лощинам и замкнутым блюдцам. При значительной площади их распространения возникает пестрота почвенного покрова, трудности в обработки почвы и снижение урожайности. Черноземовидные глееватые и глеевые почвы приурочены к низким надпойменным трассам. Их особенности определяются постоянным влиянием грунтовых вод гидрокарбонатно-кальциевого состава.

Черноземы выщелоченные характеризуются оптимальными для сельскохозяйственных растений агрофизическими свойствами: низкой плотностью высокими пористостью, водоудерживающей способностью, воздухоемкостью и широким диапазоном активной влаги. Среди внутриагрегатных пор преобладают мезопоры, что обеспечивает высокую водопроницаемость на протяжении всего профиля. Черноземовидные почвы поверхностного увлажнения и заболачивания отличаются от окружающих их черноземов повышенной плотностью и ухудшенным структурным состоянием, пониженной межагрегатной пористостью и размерами внутриагрегатных пор, низкой воздухоемкостью. Перестройка порового пространства под влиянием оглеения и переуплотнения сельскохозяйственной техникой ведет к резкому снижению водопроницаемости. Черноземовидные почвы заболоченные грунтовыми гидрокарбонатно-кальциевыми водами сохраняют оптимальные для растений значения плотности, высокую межагрегатную и внутриагрегатную пористость, вооздухоемкость, хорошую оструктуренность. Преобладание среди внутриагрегатных пор мезопор и водопрочная зернистая структура определяют высокие коэффициенты фильтрации.

Водный режим черноземов характеризуется тем, что в их профиле вне зависимости от влажности года никогда не формируется верховодка. Благоприятные агрофизические свойства, значительная мощность гумусового горизонта (6070см), позволяют накапливать достаточно высокие запасы влаги для получения стабильно высоких урожаев зерновых. Только в очень сухие по зимним осадкам годы наблюдается дефицит влаги и снижение урожайности этих культур. Основной отличительной особенностью водного режима черноземовидных почв поверхностного увлажнения и заболачивания является формирование в их профиле верховодки. В черноземовидных выщелоченных почвах она задерживается на 1-2 недели во влажные и очень влажные по зимним осадкам годы, дополнительное поступление склоновых вод в средние по зимним осадкам годы способствуют увеличению урожайности зерновых на 20% по сравнению с черноземом выщелоченным. В профиле черноземовидных оподзоленных глубокооглееных и слабоог-ленных почв верховодка задерживается от 2-4 недель в средние по зимним осадкам годы до полутора месяцев - во влажные. Урожайность зерновых, особенно яровых культур, на этих почвах существенно ниже, чем на черноземах выщелоченных и зависит от обеспеченности зимних осадков. В черноземовидных оподзоленных глееватых почвах верховодка отсутствует только в очень сухие по зимним осадкам годы, а во влажные - переувлажнение наблюдается до середины лета. Постоянные вымочки сельскохозяйственных культур говорят о целесообразности проведения выборочного дренажа на фоне известкования. В естественном состоянии их можно использовать только под посев многолетних трав с высоким коэффициентом водопотребления. В условиях кратковременного застоя влаги и падения ОВП образуются черноземовидные почвы со светлыми кислыми элювиальными горизонтами. В их профиле появляются новообразования, связанные с оглеением, которых нет в выщелоченном черноземе - марганцевые вкрапления, кутаны, «скелетаны», Мп-Бе ортштейны.

На низких надпойменных террасах в условиях постоянного капиллярного увлажнения гидрокарбонатно-кальциевыми грунтовыми водами и глубокого весеннего падения ОВП формируются черноземовидные почвы, в профиле которых отсутствуют морфологически выраженные признаки оподзоливания. В их профиле проявляется оглеение и имеет место окарбоначивание нижней части профиля. От черноземовидных почв водораздела они отличаются одновременным присутствием Мп-Бе и карбонатных конкреций. Оптимальные для растений агрофизические свойства позволяют получать в сухие по зимним осадкам высокие урожаи озимых зерновых. Во средние влажные по зимним осадкам годы в почва до конца июня находится в переувлажненном состоянии и провести посев на ней не удается. Многолетних травы дают стабильный урожая. На черноземовидных слабооглее-ных почвах целесообразно проведение открытого систематического дренажа, на

Информация о работе

Степанцова, Людмила Валентиновна
доктора биологических наук
Москва, 2012
ВАК 06.01.03

Диссертация

Агрофизические свойства, гидрологический режим и диагностика черноземовидных почв севера Тамбовской низменности - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы